Altium Designer 学习笔记

简述

此文章参考了Altium Designer19 PCB设计官方指南

完整工程文件的组成

1. 工程文件，.PrjPCB
2. 原理图文件，.SchDoc
3. 原理图库文件，.SCHLIB
4. PCB文件，.PcbDoc
5. PCB元件库文件，.PcbLicb
   

原理图库常用操作

1. 在原理图库新建元件
   

2. 放置线条
   绘制元件外形，这里的线条不同于原理图中的导线，不具有电气连接特性
   
   
   放置好线条后双击线条，或在绘制状态下按TAB键可以设置线条属性
   

3. 放置圆弧、椭圆弧
   
   
   单击鼠标第一次确定圆心，第二次确定椭圆弧x轴长度，第三次确定y轴长度

4. 放置文本字符串、文本框
   为了增强原理图库的可读性，在某些关键位置要添加文字说明

5. 放置管脚
   有电气属性的一端带X号朝外，空格旋转
   
   双击设置管脚属性：

• Designator：设置元件管脚标号，标号应与封装焊盘管脚相对应。
• Name：设置元件的名称
• Electrical Type：管脚的电气属性
• Pin Length：管脚长度

6. 修改元件多个管脚信息
   
   

pcb元件库常用操作

1. 放置线条
   空格键拐弯，T形交叉节点处不会自动添加节点，
   常用属性：

• Line Width：
• Current Layer：线条所在层

2. 放置焊盘
   
   常用属性：

• Designator：设置焊盘的标号，要与原理图中的元件符号管脚标号相对应
• Layer：设置焊盘所在层
• Shape：设置焊盘的外形（圆形，矩形，八边形，圆角矩形）
• （X/Y）：设置焊盘的尺寸
• Solder Mask Expansion：设置阻焊层扩展（焊盘顶层和底层绿油覆盖）
• Paste Mask Expansion：设置助焊层（锡膏防护层）

助焊层和助焊层的区别
阻焊层是负片层，不勾选Tented的焊盘不会被阻焊层扩张，会露出铜皮（称为开窗）

有阻焊层会被绿油覆盖：

上图中右边的焊盘顶层有阻焊层

• 顶层图片：
  
• 底层图片
  
  表贴焊盘和通孔焊盘的区别：
  
  左边是表贴焊盘（Layer层选Top Layer），右边是通孔焊盘（Layer层选Multi-Layer）。
  表贴焊盘只有top层有焊盘，通孔焊盘会打一个孔到底面，并且两面都有焊盘。

自己的理解：表贴焊盘是用来焊贴片元件的，比如芯片、贴片电容等。而通孔焊盘用来焊直插元件如排针等，需要在底层上焊锡。（看到有人解释通孔焊盘是元件管脚需要通过过孔穿过许多层的。）

3. 放置过孔
   
   常用属性：

• Drill Pair：设置过孔所连接到的层
• Hole Size：设置过孔内径尺寸
• Diameter：设置过孔外径尺寸
• Solder Mask Expansion：设置过孔顶层和底层盖油

4. 放置填充
   单击鼠标确定填充的一个顶点，移动到合适位置再一次单击确定对角顶点
   
   常用属性：

• Layer：设置填充所在层
• Length：设置填充的长度
• Width：填充的宽度
• Paste Mask Expansion：设置填充的助焊层外扩值
• Solder Mask Expansion：设置填充的阻焊层外扩值

手工制作封装

1. 下载相应的数据手册，以LMV358芯片的规格书为例
   
2. 放置焊盘
   现在中心放一个表贴焊盘（因为是表贴元件），并设置长和宽
   
   单击焊盘，按M键选择通过X,Y移动选中对象来移动焊盘
   
   因为纵向焊盘的中心到中心间距是e = 0.65mm，横向间距是 E1+L1=5.4mm。设置X偏移量为1.5e，Y偏移量为-5.4/2=-2.7mm。
   
   复制并移动其他焊盘，注意修改焊盘标号（与规格书对应）
   
   完成后可以按ctrl + m测量距离，shift + c清除测量。
3. 在Top Overlayer（顶层丝印层）绘制丝印。按照上文绘制线条的方法，按照元件规格书绘制丝印框，线宽一般0.2mm
   
   可以通过Start和End属性绘制，有的元件有极性标注和1脚标识

元件向导制作封装

工具（T）里有IPC Compliant Footprint Wizard命令，选择封装类型并填入数据，一直next保持默认设置，直到Pad Shape（焊盘外形）中选择焊盘形状，一直next，填写封账名称等信息。

创建及导入3D元件体

3D元件体一般来源：

• AD自带的3D元件体绘制功能
• 其他网站下载3D模型导入
• SolidWorks等专业三维软件

1. AD自带的3D元件体绘制功能
   绘制简单的0603封装

   1. 打开元件库，找到0603封装
   2. 菜单栏“放置”→“3D元件体”，软件自动跳转到Mechanical层并出现一个十字光标，按Tab键设置参数
      
      Extruded挤压型，Cylinder圆柱形，Sphere球体型，Overall Height整体高度，Standoff Height元件悬空高度。
   3. 选择挤压型，设置好参数后，按照实际尺寸绘制3D元件体，绘制好的网状区域就是0603R的实际尺寸

2. 导入3D模型
   3D模型可以从 https://www.3dcontentcentral.com/ 下载

   1. 打开元件库，找到0603封装
   2. 菜单栏“放置”→“3D元件体”，软件自动跳转到Mechanical层并出现一个十字光标，按Tab键设置参数
   3. 选择Generic型，单击Choose按键
      
      打开3D模型路径，选择后缀为STEP或STP格式的文件
   4. 把导入的3D模型放到相应位置

使用封装管理器

使用封装管理器为查看和修改原理图中元件的对应模型，“工具”→“封装管理器”，或快捷键T→G

添加集成库

1. “文件”→“项目”→“集成库”创建集成库，ctrl + s保存。
2. 在集成库里创建原理图库和PCB元件库，并添加元件和对应的封装。
3. 将光标移动到Integrated_Library1.LibPkg位置，单击右键，执行Complie Integrated_Library1.LibPkg编译集成库。

加载库

单击软件右上角的Components标签，Operatio→File-based Libraries Preferences...→“工具”→“添加库”

设计原理图

1. 图纸设置
   在原理图外双击，设置原理图大小等属性
   
   “放置”→“文本字符串”，在右下角填写原理图信息
   
2. 放置元件并设置属性：

• Designator：设置元器件序号，也就是位号。如U1、R1等
• Comment：设置器件的基本特征，电阻阻值、电容容量、芯片型号、功率、封装尺寸等。
• Design Item ID：整个AD项目中系统随机分配给元件的唯一ID号，用来与PCB同步，一般不用修改
• Footprint：元件封装

3. 放置导线连接元件

4. 放置网络标号和电源端口
   修改网络标号名称，具有相同网络标号的导线或总线表示电气网络连接。在原理图中Alt + 左键可以高亮相同网络标号，检查单端网络错误。
   

5. 放置离图连接器
   和网络标号作用一样，通常用于同一工程内多页原理图中相同电气网络之间的导线连接

6. 放置差分对指示
   “放置”→“指示”→“差分对指示”

分配元件标号

手工修改，或“工具”→“标注”→“原理图标注”

原理图电气检测及编译

可能存在一些单端网络、电气开路等问题

1. 常用检查设置
   “工程”→“工程选项”，快捷键T→O，编译原理图时会根据这些规则选项编译，并在Message提示错误信息

2. 原理图编译
   
   也可能是Complie PCB Project

3. 原理图修正
   根据Message中的错误信息修改。

PCB设计

1. 同步电路原理图数据
   “设计”→“Update Schematics in .PrjPcb”,点击执行变更。若出现x标记，找到错误并修改，重新同步数据。
   

2. 定义板框

   1. 自定义板框
      切换到Mechanical 1层，“放置”→“线条”，绘制板框形状（闭合区域）。
   2. 从CAD导入板框
      导入前需要将AutoCAD文件转换为2013以下版本，“文件”→“导入”→“DWG/DXF”。

   “设计”→“板子形状”→“按照选择对象定义”。

3. 设置原点
   在PCB行业中，对于矩形的板框一般把坐标原点定在板框的左下角。“编辑”→“原点”→“设置”
   

4. 定位孔
   定位孔用于定位，有时也作为安装孔。其实就是通孔焊盘。
   
   这里我们设置为3.2mm，Plated选项为非金属化孔壁

层的相关设置

1. 快捷键shift + s单层显示或快捷键L
   
   可以设置层的显示与隐藏、层的颜色

PCB设计常用规则设计

“设计”→“规则”

• Electrical：电气类规则
• Routing：布线类规则
• SMT：表面封装规则
• Mask：掩膜类规则
• Plane：平面类规则
• Testpoint：测试点规则
• Manufacturing：制造类规则
• High Speed：高速规则
• Placement：布置规则
• Signal Integrity：信号完整性规则

在每个大类可以新建规则，用于设定特定的网络或层上的规则。

1. Electrical的Clearance
   Clearance（安全间距）规则，设定两个电气对象之间的最小安全距离
   1. 设置主要检索标签
      
   2. 设置首个匹配电气对象
   3. 设置第二个匹配电气对象

• All：所有部件食用

• Net：针对单个网络

• Net Class：针对所设置的网络类

• Net and Layer：针对网络与层

• Custom Query：自定义查询

  3. 在约束中设置安全距离的值
     

2. Routing的Width
   Width（线宽）规则，设定布线时的线宽
   
   在“约束”中，导线的宽度有3个值可以设置：Max Width（最大线宽）、Preferred Width（优选线宽）、Min Width（最小线宽）。

电源线单独设置线宽

使能和设置优先级

3. Routing的Routing Via Style
   Routing Via Style（布线过孔样式）规则，设定布线时过孔的尺寸、样式。
   
   Via Hole Size（过孔孔径大小）设置内环直径范围
   Via Diameter（过孔直径）设置过孔外环直径范围

4. Routing 的 Differential Pairs Routing
   Differential Pairs Routing（差分对布线）规则，针对高速板子的差分对设计的规则。

差分对走线具有阻抗相等、长度相等、互相耦合等特点，提高传输信号的质量，在高速信号传输中一般建议采用差分对走线。

可以在不同层设置差分对走线规则

5. Plane 的 Polygon Connect Style
   Polygon Connect Style（铺铜连接样式）规则，设定铺铜与焊盘或铺铜与过孔的连接样式，并且该连接样式必须是针对同一网络部件。

• Relief Connecct：突起连接方式
  
  “导体”：选择与铜皮连接的导线数量

• Direct Connect：全连接
  

• No Connec：无连接

视图配置

通过视图配置，选择显示或隐藏走线、过孔、铜皮等。快捷键ctrl + D

“Draft”为半透明

PCB布局

1. 交互式布局和模块化布局

• 交互式布局
  “工具”→“交叉选择模式”，快捷键shift + ctrl + X
  在原理图中选择元件，PCB中对应的元件也会同步被选中

• 模块化布局
  选择同一个模块的元件，然后用左键画出一个矩形，元件会在矩形区域内排列。
  结合交互式布局将同一个模块的电路布局在一起，然后根据电源流向和虚拟号流向对整个电路进行模块划分。

布局的时候要按照信号流向关系，保证整个布局的合理性，要求模拟部分和数字部分分开，尽可能做到关键高速信号走线最短，其次考虑电路板的整洁、美观。

2. 就近集中原则
   使用模块化布局，将模块大致分布在板框周围，便于之后的布局工作。

3. 对齐操作
   左、右、上、下对齐，水平等间距，垂直等间距。

布线

1. 交互式布线
   “放置”→“走线”，或工具栏“交互式布线”，快捷键shift + 空格切换转角。

2. 交互式布多根线
   选中需要多路布线的网络，点击工具栏“交互式总线布线”。
   

3. 交互式差分对布线
   定义差分对，设置差分对布线规则，布线。

4. 走线自动优化

• 选择一部分要优化的线路，按Tab键，会选中全部对应的网络
• 菜单栏“布线”→“优化选中的走线”，快捷键ctrl + alt + G

5. 差分对的添加
   可以在原理图中或PCB中添加，在PCB中添加的方法：

• 在PCB中点击右下角panel打开PCB面板，在PCB面板最上方选择Differential Pairs Editor差分对编辑选项。
• 单击“添加”，在弹出的对话框中选择差分对的正网络和负网络，定义名称
• 完成设置后，PCB编辑区中差分对呈现灰色，说明处于筛选状态

6. 飞线的显示与隐藏
   网络飞线指两点之间电气连接的线。有利于弄清信号的流向，和布线。
   快捷键N打开飞线开关
   

• Net（网络）：针对单个或多个网络飞线操作
• On Component（器件）：针对元件网络飞线操作
• All（全部）：针对全部飞线操作

7. 网络颜色更改

• 打开PCB面板，选择Net选项
• 选择一个或多个网络，单击右键，选择Change Net Color
  
• 确定颜色后，单击右键，选择显示替换→选择的打开
  

8. 滴泪的添加与删除
   滴泪指：在导线连接到焊盘时逐渐加大宽度，形状像滴泪。
   好处：增加信号完整性，导线与焊盘尺寸差距较大时，减少信号损失和反射。在PCB收到冲撞时，降低导线和焊盘接触点断裂的风险。

• “设计”→“泪滴”

9. 过孔和盖油处理
   见焊盘
   在这里插入图片描述
10. 铺铜
    铺铜指在电路板中空白位置放置铜皮，一般作为电源或地平面。布线完成之后可以铺铜。

• “放置”→“铺铜”，或工具栏
  
• Tab键打开属性，在Fill Mode栏中选择Hatched(Tracks/Ares)动态铺铜方式或其他方式。
• 在Net中选择铺铜网络，Layer中选择铺铜的层，在Grid Size和Track Width中输入网络尺寸和轨迹宽度（建议设置成较小的相同数值，这样铺铜为实心铜），选择Pour Over All Same Net Objects选项，勾选Remove Dead Copper移除死铜。
  

铺铜时网络一般选择GND，这样就把铜皮和GND连接，目的是抗干扰。所以连接GND网络的焊盘都连接上了铜皮，而其他焊盘和铜皮之间有间隔。

• 按Enter退出属性面板，准备铺铜
• 沿PCB板框边线画一个矩形，铺铜完成。