《Altium Designer 原理图与PCB设计精讲教程 第2版》课件 第11-13章 PCB设计准备、创建类（Class）、电路板布局

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2第11章PCB设计准备11.1

板形绘制11.2 PCB图纸设置11.3设置板层堆栈11.4

从原理图向PCB的转移11.5

添加封装所在的库11.1板形绘制很多商用电路板对形状及尺寸有严格限制，必须符合产品的外观设计要求，满足加工制造的约束规范，因此在开始设计电路板时要做好电路板形状及尺寸的定义。采用新建PCB文档的方法创建的空白电路板的形状尺寸默认为6000mil×4000mil的长方形。如果对于板形没有明确的要求，可以先直接采用系统默认的板形进行PCB设计，在完成元件布局（见第13章）后再根据实际占用的面积确定电路板的板形。按照业内习惯的做法，通常在机械层定义板形。即在机械层上定义一个具有封闭边界的区域，然后根据该区域的边界创建电路板的外形和尺寸定义板形的准备工作定义板形前，需要先做好以下三点工作：选择合适的度量单位设置栅格大小设置PCB电路板的原点(Edit>>Origin>>Set)定义板形的三种方法有三种方法可以定义板形，读者可以根据不同的情况和个人喜好进行选择：（1）使用选择的对象定义板形。这些对象通常为直线、圆弧，在机械层绘制且构成封闭图形。参见例11-1。（2）使用PCBBoardWizard，通过这种方法可以快速生成符合标准的电路板板形。参见例11-2。（3）导入外部文件数据，包括从机械CAD软件产生的DWGorDXF文件或者3D体文件。参见例11-3。例11-1的步骤概述（1）新建一个PCB工程，并在其中增加一个PCB设计文档。（2）换到机械层1、设置度量单位（mil）及栅格大小（800mil）。（3）设置合适的原点位置。例11-1的步骤概述（续）（4）放置板型左半部分的三条直线边框，放置过程中充分利用栅格大小进行坐标定位。（5）放置板形右半部分的半圆，可直接修改其属性参数。（6）根据绘制的封闭边框定义板形。使用PCBBoardWizard定义板形PCBBoardWizard可以快速创建工业标准化电路板。例11-2电路板板形的编辑按下数字1进入BoardPlanningMode。此时可以执行下列板形编辑操作：（1）RedefineBoardShape：使用鼠标或者键盘重新绘制板形。（2）EditBoardShape：通过控点修改板形。（3）ModifyBoardShape：增加或者删除部分板形。（4）MoveBoardShape：仅移动板形。（5）MoveBoard：同时移动板形及其上的对象。11.2 PCB图纸设置执行菜单命令Design≫BoardOptions，打开BoardOptions对话框，在SheetPositions区域可以对PCB图纸进行设置。11.3设置板层堆栈在进行PCB布局布线前，需要预先设置电路板的板层结构，即要确定制作几层板执行菜单命令Design≫LayerStackManager例11-4创建一个四层板11.4

从原理图向PCB的转移原理图向PCB转换过程中各类对象的对应关系。原理图符号连接关系元件网络封装预拉线(飞线)原理图网表(Netlist)PCB11.4

从原理图向PCB的转移将原理图中的数据信息转移到PCB文档中，以实现二者内容的同步。为了成功地进行转移工作，必须确保：（1）PCB文档和原理图文档在同一个工程中。（2）原理图所有元件的PCB封装所在的库都已加载。（3）原理图已经通过了编译，所有的错误都被纠正。详见例11‑511.5

添加封装所在的库在将原理图转移到PCB的时候，经常会遇到找不到封装的情况。这时需要返回到原理图编辑环境进行纠正，具体又可分为两种情况：（1）若元件的封装存在，只是所属的元件库没有加载，只要找到元件库并将其加载即可。通常是通过在指定路径下搜索封装，找到所有包含该封装的库文件，然后选择合适的库文件进行加载。解决方法详见例11-6。（2）若元件的封装不存在，则需要自己创建PCB库，并在其中创建元件封装，然后加载库文件。详细内容请参见教材第18章。Altium

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2第12章创建类（Class）12.1创建类（Class）12.2设计规则详解12.3设计规则向导12.1创建类（Class）AD17支持十种类：1.NetClasses（网络类）2.ComponentClasses（元件类）3.LayerClasses（板层类）4.PadClasses（焊盘类）5.FromToClasses（飞线类）6.DifferentialPairClasses（差分对类）7.DesignChannelClasses（设计通道类）8.PolygonClasses（覆铜类）9.StructureClasses（结构类）10.xSignalClasses（x信号类）添加类执行菜单命令Design≫Classes创建一个DSx的元件类，详见例12-112.2设计规则详解执行菜单命令Design≫Rules，打开设计规则与约束编辑器（见后页），左边区域为设计规则目录列表。系统共提供了Electrical（电气）、Routing（布线）、SMT（贴装技术）等十类设计规则，每一类设计规则目录包含若干个设计规则子类，每个子类目录下包含具体的设计规则。右边区域显示的内容由左边区域选择的对象决定。设计规则与约束编辑器12.2.1 Electrical（电气）设计规则电气设计规则是PCB设计中和电气性质相关的规则，包括Clearance(安全间距)Short-circuit(短路)Un-routedNet(未布线网络)Un-ConnectedPin(未布线引脚)1.Clearance设计规则该类规则用来设置电路板上铜箔走线、焊盘、过孔、覆铜等具有电气意义的对象之间的最小安全距离。在设计PCB时，如果设计规则中指定对象间的距离小于安全距离时，系统会产生警示信息。设计规则具体内容见下页。例12-2新建一个安全间距规则，使网络CLK和其它电气对象之间的安全间距为16mil。新建设计规则的优先级必须大于系统默认设计规则，否则会被系统默认设计规则屏蔽。Clearance设计规则设计规则作用范围有些设计规则的作用范围有两个，称为二元设计规则，有些只有一个，称为一元设计规则。例如Clearance设计规则就是二元设计规则作用范围可以使用单选框和下拉列表设定，也可以直接在FullQuery中直接输入查询语句：例如IsTrackandOnLayer(‘bottomlayer’)用来筛选位于底层的铜箔走线IsPadandOnTop用来筛选位于顶层的贴片焊盘IsPadand(HoleDiameter=30)用来筛选孔径为30mil的焊盘其它电气设计规则2.ShortCircuit设计规则该设计规则用来设置电路的短路许可。系统默认不允许不同网络之间短路。3.Un-RoutedNet设计规则该规则用于检查作用范围内的网络是否完成布线。系统默认的设计规则要求所有网络都应该完成布线，否则报错。4.Un-ConnectedPin设计规则该设计规则用来检查是否有未连接的引脚。因为并不常用，所以系统并未提供默认的设计规则。这是一个一元设计规则，即只有一个作用范围12.2.2

Routing（布线）设计规则1.Width设计规则2.RoutingTopology设计规则3.RoutingPriority（布线优先级）设计规则4.RoutingLayers（布线板层）设计规则5.RoutingCorners（布线转角）设计规则6.RoutingViaStyle（布线过孔样式）设计规则7.FanoutControl（扇出控制）设计规则8.DifferentialPairRouting（差分对布线）设计规则1.Width设计规则该规则用于设置系统布线时采用的铜箔走线的宽度。系统默认的设计规则规定PCB中所有的铜箔走线宽度均为10mil。可以分别设置铜箔走线的最小、首选和最大宽度。以上三个宽度必须满足MinWidth<=PreferredWidth<=MaxWidth2.RoutingTopology设计规则该规则用于设置自动布线时属于同一个网络的各个焊盘的拓扑连接图形。3.RoutingPriority（布线优先级）

设计规则该设计规则用于设置不同网络布线的先后顺序。布线优先级为0-100，数值越大，优先级越高，布线顺序越靠前。4.RoutingLayers（布线板层）设计规则该设计规则用于指定允许布线的板层5.RoutingCorners（布线转角）设计规则该设计规则用于设置自动布线时走线的转角模式6.RoutingViaStyle（布线过孔样式）设计规则该设计规则用来设置布线中使用的过孔直径和孔径7.FanoutControl（扇出控制）设计规则该规则用于控制交互式布线和自动布线过程中表面贴装元件焊盘的扇出8.DifferentialPairRouting（差分对布线）设计规则该设计规则定义属于同一个差分对的两个网络之间的最小距离。12.2.3 SMT（表面安装技术）设计规则1.SMDtoCorner设计规则2.SMDtoPlane设计规则3.SMDNeck-Down设计规则1.SMDtoCorner设计规则用于设置贴片焊盘边缘与第一段走线转角之间的距离2.SMDtoPlane设计规则该规则设置从贴片焊盘中心到过孔中心的距离。3.SMDNeck-Down设计规则用于设置贴片焊盘与走线的宽度比4.SMDEntry设计规则用于设置走线进出贴片焊盘的方式。（1）Anyangle：使能该选项，则走线能够在任意边界点、以任意角度进出焊盘；（2）Corner：使能该选项，则走线能从焊盘四个角进出焊盘；（3）Side：当焊盘长度大于2倍的宽度时，使能选项才起作用。此时，允许走线以90°角连接焊盘的长边。12.2.4 Mask（掩膜）设计规则1.SolderMaskExpansion（阻焊层扩展）设计规则2.PasteMaskExpansion（助焊层扩展）设计规则12.2.5 Plane（电源平面）设计规则1.PowerPlaneConnectStyle（电源平面连接样式）设计规则2.PowerPlaneClearance（电源平面安全间距）设计规则3.PolygonConnectStyle（覆铜连接样式）设计规则1.PowerPlaneConnectStyle（电源平面连接样式）设计规则该设计规则用于设置属于电源网络的焊盘或过孔与电源平面的连接方式2.PowerPlaneClearance（电源平面安全间距）设计规则用于设置不与电源平面相连的通孔式焊盘或者过孔与电源平面之间的安全距离3.PolygonConnectStyle（覆铜连接样式）设计规则该设计规则约束焊盘与属于同一个网络的覆铜的连接方式12.2.6 Testpoint（测试点）设计规则1.FabricationTestpointStyle（制造用测试点样式）设计规则2.FabricationTestpointUsage（制造用测试点使用）设计规则3.AssemblyTestpointStyle（装配用测试点样式）设计规则4.AssemblyTestpointUsage（装配用测试点使用）设计规则1.FabricationTestpointStyle设计规则该设计规则用于约束制造用测试点的样式，包括大小和形状，此时电路板并未装配元件2.FabricationTestpointUsage（制造用测试点使用）设计规则该设计规则用来设置制造用测试点的使用3.AssemblyTestpointStyle（装配用测试点样式）设计规则。装配用测试点样式设计规则的设置方法与制造用测试点样式设计规则一样。4.AssemblyTestpointUsage（装配用测试点使用）设计规则。装配用测试点使用设计规则的设置方法与制造用测试点使用设计规则一样。12.2.7 Manufacturing（制造）设计规则1.MinimumAnnularRing（最小环宽）设计规则2.AcuteAngle设计规则3.HoleSize（孔径）设计规则4.Layerpairs设计规则5.HoletoHoleClearance设计规则6.MinimumSolderMaskSliver设计规则7.SilkscreenoverComponentPads设计规则8.SilktoSilkClearance设计规则9.NetAntenna设计规则1.MinimumAnnularRing（最小环宽）设计规则该设计规则用于设置焊盘或者过孔的直径与钻孔直径的差值2.AcuteAngle设计规则该设计规则用于约束属于同一个网络且在同一板层的两个电气对象之间的最小夹角3.HoleSize（孔径）设计规则该设计规则用来约束焊盘或者过孔的孔径大小4.Layerpairs设计规则该设计规则设置是否强制检查实际使用的钻孔层对与系统设置的钻孔层对的匹配情况。5.HoletoHoleClearance设计规则该设计规则用于设置不同钻孔间的最小间距6.MinimumSolderMaskSliver

设计规则该设计规则用来约束阻焊层上最窄部分的宽度7.SilkscreentoSolderMaskClearance设计规则也称为SilkscreenoverComponentPads设计规则，该设计规则用于设置丝印层的图元（文字、图案）与阻焊层开口处的图元（例如裸露在外的焊盘或过孔等）的间距。电路板厂家通常会将与阻焊层开口处重叠的丝印层文字截断，这样会使得文字无法阅读。8.SilktoSilkClearance设计规则该设计规则用来设置丝印层对象之间的最小间距9.NetAntenna设计规则一端开路的铜箔走线或者铜箔圆弧会形成天线，达到一定长度后会向外辐射信号。本设计规则约束这种一端开路的网络天线的最大允许长度。12.2.8 HighSpeed（高速）设计规则1.ParallelSegment（平行走线）设计规则2.Length设计规则3.MatchedLengths设计规则4.DaisyChainStubLength（菊花链分支长度）设计规则5.ViaUnderSMD（SMD焊盘下过孔）设计规则6.MaximumViaCount（最大过孔数量）设计规则1.ParallelSegment（平行走线）设计规则在高速线路中，过长的平行走线容易引起相互干扰。本设计规则用来约束最长的平行走线长度。超过该长度限制则会报警。2.Length设计规则该设计规则用来约束网络的最小和最大长度3.MatchedLengths设计规则该设计规则用来设置不同网络走线长度之间的允许差值。当网络走线之间的长度差值在设计规则约束的范围内时，认为这些网络长度是相互匹配的。4.DaisyChainStubLength（菊花链分支长度）设计规则该设计规则用来约束采用菊花链拓扑结构的网络的最大允许分支长度。5.ViaUnderSMD（SMD焊盘下过孔）设计规则该设计规则设置是否允许在贴片焊盘下放置过孔。默认情况下禁止放置。6.MaximumViaCount（最大过孔数量）设计规则该设计规则用来约束最大允许使用的过孔数量。过孔能够引起信号反射、寄生电容和寄生电感，应该限制过孔的数量。12.2.9 Placement（元件布置）设计规则1.RoomDefinition设计规则2.ComponentClearance（元件间距）设计规则3.ComponentOrientations设计规则4.PermittedLayers（允许的板层）设计规则5.NettoIgnore设计规则6.Height设计规则1.RoomDefinition设计规则该设计规则用来定义一个矩形空间，元件可以放置在空间内，也可以放置在空间外。2.ComponentClearance（元件间距）设计规则该设计规则用来检查元件间的最小间距，如果元件具有3D模型，则用3D模型来代表元件体，如果只有2DFootprint模型，则利用元件在丝印层（不包括元件的标识符和注释信息）和铜箔层（例如顶层和底层）的图元来代表元件体，同时还要利用元件的高度参数。3.ComponentOrientations设计规则该设计规则设置允许的元件方向，自动布局器会按照约束来摆放元件。4.PermittedLayers（允许的板层）设计规则该设计规则用来约束采用ClusterPlacer自动布局时摆放元件的板层。5.NettoIgnore设计规则该设计规则约束采用ClusterPlacer自动布局时可以忽略的网络，这样可以加快元件布局的速度。6.Height设计规则该设计规则约束电路中允许的元件高度。12.2.10 SignalIntegrity（信号完整性）设计规则1.SignalStimulus（激励信号）设计规则2.OverShoot-Fallingedge（下降沿过冲）设计规则3.OverShoot-RisingEdge（上升沿过冲）4.UnderShoot-FallingEdge（下降沿欠冲）。5.UnderShoot-RisingEdge（上升沿欠冲）6.Impedance（阻抗）设计规则7.SignalTopValue（信号高电平）设计规则8.SignalBaseValue（信号低电平）设计规则9.FlightTime-RisingEdge（上升沿飞行时间）设计规则10.FlightTime-FallingEdge（下降沿飞行时间）设计规则11.Slope-RisingEdge（上升沿时间）设计规则12.Slope-FallingEdge（下降沿时间）设计规则13.SupplyNet（电源网络）设计规则1.SignalStimulus（激励信号）设计规则该设计规则用于设置信号完整性分析时使用的激励信号的参数。12.3 设计规则向导执行菜单命令Design≫RuleWizard，打开设计规则向导对话框例12-3自定义一个设计规则AltiumDesigner

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2第13章电路板布局13.1Keepout区域

13.2自动布局元件13.3

手工布局元件13.4

布局其它图元电路板布局电路板布局是将电路中的各个元件放置在合适的位置，布局需要满足拓扑连接、电气规则、抗干扰、元件装配、散热、机械连接与固定支撑等各方面的要求，同时还要便于电路调试和使用AltiumDesigner支持自动布局和手工布局两种方式。但是自动布局并不理想，所以实际中还是采用手工布局。13.1Keepout（禁止布线）区域如果说板形定义了电路板的机械加工边界，那么禁止布线区域则是定义了电路板的电气边界，即允许布局和布线的区域。禁止布线区域通常定义在禁止布线层（Keep-OutLayer），元件和走线只能限制在禁止布线区域内。通常由Line或者Arc绘制的位于禁止布线层内的任何封闭几何图形构成。参见例13-1。禁止布线区域对所有电气板层有效，还存在仅对指定层有效的Keepout对象13.2自动布局元件13.1.1

布局相关的设计规则13.1.2

自动布局命令13.2.1

布局相关的设计规则元件布局也应遵守相关的设计规则。和布局相关的设计规则在Placement设计规则类中，包括ComponentClearance（元件间距）、ComponentOrientation（元件方向）、PermittedLayers（允许板层）等。违反设计规则元件会变为绿色，直到消除了违规才会恢复正常颜色。13.2.2

自动布局命令AutoPlacer（自动布局器）Tools≫ComponentPlacement打开自动布局器，能够实现对整个电路板的自动布局。自动布局是按照Placement设计规则进行的其它自动布局相关命令自动布局结果往往并不理想，因此电路布局通常都是手工完成的。13.3

手工布局元件13.3.1

手工布局的常用操作13.3.2

PCB和原理图的交叉访问13.3.1

手工布局的常用操作移动元件旋转或翻转元件采用图形化方式移动或旋转元件的标识符和注释单击元件标识符和注释，旋转出现的两个小白点修改元件、封装、标识符和注释的属性双击对象或者在放置过程中按下Tab键，打开属性对话框元件的排列对齐操作Edit≫Align子菜单、快捷键A以及Utilities工具栏中的AlignmentTools子工具栏锁定的对象无法进行排列对齐操作13.3.2 PCB和原理图的交叉访问利用PCB和原理图交叉选择模式进行手工布局(1)从原理图选择PCB中的元件(2)从PCB选择原理图中的元件详见例13-213.4

布局其它图元13.4.1

Pad（焊盘）13.4.2 Via（过孔）13.4.3 Line（直线）13.4.4 Arc（圆弧）13.4.5

Coordinate（坐标）13.4.6 Fill（矩形填充）13.4.7

SolidRegion（实心区域）13.4.8

String（字符串）13.4.1

Pad（焊盘）执行菜单命令Place≫Pad[P,P]或者单击Wiring工具栏上的按钮。13.4.2放置Via（过孔）执行菜单命令Place≫Via[P,V]或者单击Wiring工具栏上的按钮，进入放置过孔状态。13.4.3 Line（直线）执行菜单命令Place≫Line[P,L]或者单击Utilities工具栏的按钮，在打开的子工具栏中选择按钮，进入放置直线状态直线可以放置到不同的板层，其颜色为所在层的颜色，其意义由所在层决定。放置在顶层信号层，颜色为红色，代表铜箔走线。放置在禁止布线层，颜色为桃红色，代表组成禁止布线区域的一段直线。放置在顶层阻焊层，颜色为暗紫色，表示该直线所在位置不铺绝缘漆。放置在顶层锡膏层，颜色为深灰色，表示该直线所在位置的钢网被镂空。放置在内部平面层，颜色为绿色，表示该直线所在位置的铜箔被移除。13.4.4

Arc（圆弧）AltiumDesigner支持放置Arc(Center)、Arc(Edge)、Arc(AnyAngle)和FullCircle。调整