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1、任务2：计数译码电路PCB板设计任务任务2 2：计数译码电路：计数译码电路PCBPCB板设计板设计1. 1. 任务描述任务描述 本任务是在任务1完成计数译码电路原理图设计后，手动创建PCB板，用自动布线方式完成计数译码电路PCB板设计并进行3D显示。通过本任务的学习，掌握手动创建PCB板的方法；熟悉可视栅格、跳转栅格、电气栅格等板参数选项设置；熟悉元件封装的布局、排列及封装调整结；了解PCB板设计规则，掌握常用PCB板规则设置；掌握PCB板自动布线、调整布线方法及布线策略设置；会进行布线规则检查；会在3D模式下查看电路板设计整体情况。 2. 2. 任务实现任务实现2.1 2.1 创建创建PCB
2、PCB文档文档 启动Altium Designer，打开“计数译码电路.PrjPCB”的项目文件，再打开“计数译码电路原理图.SchDoc”的原理图。 选择主菜单中的“文件”“新建”“PCB”命令，在“计数译码电路.PrjPCB”项目中新建一个名称为“PCB1.PcbDoc”的PCB文件。 在新建的PCB文件名“PCB1.PcbDoc”上单击鼠标右键，在弹出的下拉菜单中选择“保存为”命令，打开“SavePCB1.PcbDocAs”对话框。 “SavePCB1.PcbDocAs”“SavePCB1.PcbDocAs”对话框对话框 在“SavePCB1.PcbDocAs”对话框的“文件名”编辑框中
3、输入“计数译码电路PCB板”，单击“保存”按钮，将新建的PCB文档保存为“计数译码电路PCB板.PcbDoc”文件。 在主菜单中选择“设计”“板参数选项”命令，打开 “板选项”对话框。“板选项板选项”选项卡设置选项卡设置 设置原点。单击工具栏“应用工具”（Utilities） ，打开应用工具下拉菜单，点击“原点设置”按钮，如图2-84所示。 PCBPCB板原点设置板原点设置 此时，光标呈十字状，在PCB板工作区左下角适当位置点击，就可重新设置PCB板工作原点，如鼠标在原点位置，此时状态栏坐标X、Y均为0mil，状态栏坐标X、Y随着鼠标的移动而改变。 PCBPCB板原点设置板原点设置 单击工作区
4、下部的“Keep-Out Layer”层标签，选择“Keep Out Layer”层，重新定义PCB板的边框。 单击工具栏“应用工具”（Utilities） ，打开应用工具下拉菜单，点击“放置走线”按钮。定义定义PCBPCB板边框板边框 单击工具栏“应用工具”（Utilities） ，打开应用工具下拉菜单，点击“放置标准尺寸”按钮。此时，光标呈十字状，从PCB板一个边界开始移动光标到另一边界，即绘制出尺寸线，按鼠标右键，退出放置状态。定义定义PCBPCB板边框板边框 定义PCB板外形。单击菜单栏“设计”“板子外形”“重新定义板子外形”命令，光标呈十字状，按PCB板边框走线，完成后按鼠标右键退出
5、，就可定义板子的外形。 定义定义PCBPCB板外形板外形 在主菜单中选择“设计”“层叠管理”命令，打开“层堆栈管理器”（Layer Stack Manager）对话框。在“Layer Stack Manager”对话框中勾选“顶层绝缘体”（Top Dielectric）复选项和“底层绝缘体”（Bottom Dielectric）复选项，设置电路板为有阻焊层的双层板，单击“确定”按钮。 “层堆栈管理器层堆栈管理器”（Layer Stack ManagerLayer Stack Manager）对话框）对话框 2.2 PCB2.2 PCB板布局板布局 导入元件 在原理图编辑器下，用封装管理器检查每
6、个元件的封装是否正确。单击菜单栏“工具”“封装管理器”命令，打开封装管理器。 “封装管理器封装管理器”（Footprint ManagerFootprint Manager）对话框）对话框 在主菜单中选择“设计” “Update PCB Document计数译码电路PCB板.PcbDoc”命令，打开“工程变更命令”对话框。 “工程变更命令工程变更命令”对话框对话框 单击“生效更改”按钮，验证一下有无不妥之处，如果执行成功则在状态列表“检测”中会显示符号 ；若执行过程中出现问题会显示符号 ，关闭对话框。若有错误，检查“Messages”错误信息面板查看错误原因。 如果单击“生效更改”按钮，没有错
7、误，则单击“生效更改”按钮，将信息发送到PCB。当完成后，状态列表“Done”中将被标记符号 。 执行更改操作执行更改操作 单击“关闭”按钮，目标PCB文件打开，并且元件放在PCB板边框的外部右侧。如果设计者在当前视图不能看见元件，单击菜单栏“察看”“适合文件”查看文件。 信息导入到信息导入到PCB PCB 元件暗红色底色区域为“元件屋”，鼠标左键点击住“元件屋”将封装整体拖入到PCB板。将仍在PCB板外的元件都拖入到板内，然后，点击选中“元件屋”，按“Delete”键将其删除。 用用“元件屋元件屋”将元件拖入到将元件拖入到PCBPCB板内板内 元件布局及封装调整 Altium Designe
8、r提供了自动布局功能。方法：选择主菜单“工具”“器件布局” “自动布局”弹出“自动放置”对话框。如果需要将元件放置到PCB板的底层（Bottom Layer），双击元件或点击选中按Tab键，打开 “元件属性”对话框，在对话框中“元件属性”区域内的“层”（Layer）下拉列表中选择“Bottom Layer”项，单击“确定”按钮，关闭该对话框。此时，元件连同其标志文字都被调整到PCB板的底层。 将元件置于底层（将元件置于底层（Bottom LayerBottom Layer） 放置其它元件布置到PCB板顶层，然后调整元件的位置。调整元件位置时，按照于其它元件连线最短，交叉最少的原则，可以按Spa
9、ce键，让元件旋转到最佳位置，才放开鼠标左键。 如果元件排列不整齐，如电阻排列不整齐，可以选中这些元件，选择菜单栏“编辑”“对齐”“对齐”命令，打开元件“排列对象”对话框。方法同原理图中的元件排列。 元件排列对话框元件排列对话框也可在工具栏上按“ ”图标，弹出下拉工具，选择相应的排列图标后，即可把电阻布置整齐。元件排列图标元件排列图标 在放置元件的过程中，可以按G键，调整设置元件的“捕捉栅格”（Snap Grid）以及“元件栅格”Component Grid，以方便元件摆放整齐。 元件C2的封装不符合要求，需要调整。手动调整后的元件手动调整后的元件PCBPCB布局布局 2.3 2.3 设计规则
10、介绍设计规则介绍AltiumDesigner提供了内容丰富、具体的设计规则，根据设计规则的适用范围共分为如下10个类别，单击菜单栏“设计”“规则”，打开“PCB规则及约束编辑器”对话框。下面把要经常要使用的规则作简单介绍。 PCBPCB设计规则对话框设计规则对话框 “Electrical”“Electrical”电气规则类。“Routing”Routing”布线规则类。“SMT”SMT”SMT元件规则类。“Mask”Mask”阻焊膜规则类。“Plane”Plane”内部电源层规则类。“Testpoint”Testpoint”测试点规则类。“Manufacturing”Manufacturing
11、”制造规则类。“High Speed”High Speed”高速电路规则类。“Placement”Placement”布局规则类。“Signal Integrity”Signal Integrity”信号完整性规则类。 “Electrical” 设计规则 “安全间距”（Clearance）：规则主要用来设置PCB设计中的导线、焊盘、过孔及敷铜等导电对象之间的最小安全间距，使彼此之间不会因为太近而产生干扰。 安全间距设置对话框安全间距设置对话框 在“Clearance”上单击右键，弹出右键菜单，选择“新规则”（New Rules）命令，则系统自动在“Clearance”的上面增加一个名称叫做“C
12、learance-1”的规则。 设置新规则设置新规则 单击“Clearance-1”,弹出设置新规则设置对话框。建立新规则对话框建立新规则对话框 单击对话框中左下角的“优先权”按钮打开规则优先权编辑对话框。 执行 和 这两个按钮，可改变布线中规则的优先次序。设置完毕后，一次关闭设置对话框，新的规则和设置自动保存并在布线时起到约束作用。 规则优先权编辑对话框规则优先权编辑对话框 “短路规则短路规则”（short-circuitshort-circuit）：）：短路规则设定在电路板上的导线是否允许短路。默认设置为不允许短路。 “未布线网络规则未布线网络规则”（Unrounted NetUnroun
13、ted Net）：）：未布线网络规则用于检查指定范围内的网络是否布线成功，如果网络中有布线不成功的，该网络上已经布的导线将保留，没有成功布线的将保持飞线。 “未连接引脚未连接引脚”（Unconnected PinUnconnected Pin）：）：未连接引脚设计规则用于检查指定范围内的元件引脚是否连接成功。默认时，这是一个空规则，如果用户需要设置相关的规则，在其上面单击右键添加规则，然后进行相关设置。 “Routing”设计规则单击“Routing”前面的“ + ”符号，展开布线规则，可以看到有8项子规则。 布线规则布线规则 “Width”（布线宽度）在 “Width”上单击右键，弹出右键菜
14、单。 设置新规则设置新规则 选择“新规则”（New Rules）命令，则系统自动在“Width”的上面增加一个名称叫做“Width-1”的规则，单击“Width-1”, 编辑规则右键菜单弹出设置新规则设置对话框。 建立新规则对话框建立新规则对话框 单击对话框中左下角的“优先权”按钮打开规则优先权编辑对话框。 规则优先权编辑对话框规则优先权编辑对话框 执行 和 这两个按钮，可改变布线中规则的优先次序。设置完毕后，一次关闭设置对话框，新的规则和设置自动保存并在布线时起到约束作用。 “Routing Topology”（布线方式）“Routing Topology”（布线方式）规则主要用于设置自动布
15、线时候的拓扑逻辑，即同一网络内各个节点间的布线方式。“Routing Topology”“Routing Topology”规则设置界面对话框规则设置界面对话框 布线方式规则主要用于定义引脚到引脚之间的布线方式规则，此规则有七种方式可供选择。在“约束”（Constraints）区域中，单击“拓扑”（Topology）栏下的下拉方式按钮。如图2-109所示。 拓扑方式选择拓扑方式选择 “Shortest”“Shortest”：以最短路径布线方式，是系统默认使用的拓扑规则。 “Horizontal”“Horizontal”：以水平方向为主的布线方式，水平与垂直比为5:1。 “Vertical”“V
16、ertical”：优先竖直布线逻辑。 “Daisy-simple”“Daisy-simple”：简单链状连接方式。 “Daisy-MidDriven”“Daisy-MidDriven”：中间驱动链状方式，也是链式方式。 “Daisy-Balanced”“Daisy-Balanced”：平衡链状方式，也是链式方式。 “Starburst”“Starburst”：星型扩散连接方式。 “Routing Priority”布线优先级别 “Routing Priority”布线优先级别主要用于设置PCB中网络布线的先后顺序，优先级别高的网络先进行布线，优先级别低的网络后进行布线。“Routing Pri
17、ority” “Routing Priority” 规则设置界面对话框规则设置界面对话框 “Routing Layers”布线板层布线板层规则用于设置允许自动布线的板层。通常为了降低布线间耦合面积，减少干扰，不同层的布线需要设置成不同的走向，如双面板，默认状态下顶层为垂直走向，底层为水平走向。“Routing Layers” “Routing Layers” 规则设置界面对话框规则设置界面对话框 “Routing Corners”布线转角布线转角规则用于设置走线的转角方式。转角方式共有90、45及圆弧转角三种。 “Routing Corners” “Routing Corners” 规则设置界
18、面对话框规则设置界面对话框 “Routing Via Style”布线过孔类型过孔类型规则用于设置布线过程中自动放置的过孔尺寸参数。“Routing Via Style” “Routing Via Style” 规则设置界面对话框规则设置界面对话框 “SMT”设计规则此类规则主要针对表贴式元件的布线规则。 “SMD To Corner”：表贴式焊盘引线长度表贴式焊盘引线长度规则用于设置SMD元件焊盘与导线拐角之间的最小距离。表贴式焊盘引线长度设置界面对话框表贴式焊盘引线长度设置界面对话框 “SMD To Plane”：表贴式焊盘与内电层的连接间距表贴式焊盘与内电层的连接间距规则用于设置SMD与
19、内电层（Plane）的焊盘或过孔之间的距离。表贴式焊盘与内电层连接只能用过孔来实现，这个规则设置指出要离SMD焊盘中心多远才能使用过孔与内电层连接。表贴式焊盘与内电层的连接间距设置界面表贴式焊盘与内电层的连接间距设置界面 “SMD Neck Down”：表贴式焊盘引线收缩比。表贴式焊盘引出线收缩比规则用于设置SMD引出线宽度与SMD元件焊盘宽度之间的比值关系。表贴式焊盘引线收缩比设置界面表贴式焊盘引线收缩比设置界面 “Mask”设计规则此类规则用于设置阻焊层、锡膏防护层与焊盘的间隔规则。 “Solder Mask Expansion”：阻焊层扩展，通常阻焊层除焊盘或过孔外，整面都是铺满阻焊剂。
20、阻焊层扩展设置界面阻焊层扩展设置界面 “Paste Mask Expansion”：锡膏防护层扩展表贴式元件在焊接前，先对焊盘涂一层锡膏，然后将元件贴在焊盘上，再用回流焊机焊接。锡膏防护层扩展设置界面锡膏防护层扩展设置界面 “Plane”设计规则焊盘和过孔与内电层之间连接方式可以在“Plane”（内层规则）中设置。 “Power Plane Connect Style”：内电层连接方式“Power Plane Connect “Power Plane Connect Style”Style”设置界面设置界面 “Power Plane Clearance”：内电层安全间距。“Power Plan
21、e Clearance”规则主要用于设置不属于内电层网络的过孔或焊盘与内电层之间的间距“Power Plane Clearance”“Power Plane Clearance”规则设置界面规则设置界面 “Polygon Connect Style”：敷铜连接方式“Polygon Connect Style”“Polygon Connect Style”设置界面设置界面 “Manufacturing”设计规则此类规则主要设置与电路板制造有关的规则。 “Minimum Annular Ring”：最小环宽最小环宽规则。用于设置最小环形布线宽度，即焊盘或过孔与其钻孔之间的直径之差。“Minimum
22、 Annular Ring”“Minimum Annular Ring”设置界面设置界面 “Acute Angle”：最小夹角最小夹角规则用于设置具有电气特性布线之间的最小夹角。最小夹角应该不小于90，否则将会在蚀刻后容易残留药物，导致过度蚀刻。 “Acute Angle”“Acute Angle”设置界面设置界面 “Hole Size”：钻孔尺寸。钻孔尺寸规则用于钻孔直径的设置。“Hole Size”“Hole Size”设置界面设置界面 2.4 PCB2.4 PCB板布线板布线 自动布线 网络自动布线在主菜单中执行“自动布线”“网络”命令，光标变成十字准线，选中需要布线的网络即完成所选网络
23、的布线，继续选择需要布线的其他网络，即完成相应网络的布线按鼠标右键或“Esc”键退出该模式。布电源线布电源线VCCVCC的的PCBPCB板板 面积布线执行“自动布线”“区域”命令，则对选中的面积进行自动布线。 元件布线执行“自动布线”“元件”命令，光标变成十字准线，选中某个元件，即对该元件管脚上所有连线自动布线；继续选择下一个元件，即对选中的元件布线，要退出该模式，按鼠标右键或“Esc”键。 选中元件布线先选中一个或多个元件，执行“自动布线”“选中对象的连接”命令，则对选中的元件进行布线。 选中元件之间布线先选中一个或多个元件，执行“自动布线”“选中对象之间的连接”命令，则在选中的元件之间进行
24、布线，布线不会延伸到选中元件的外面。 自动布线在主菜单中选择“自动布线”“全部”命令，打开“状态行程策略”（Situs Routing Strategies）对话框。 “Situs Routing Strategies”“Situs Routing Strategies”对话框对话框 单击 按钮，打开“层说明”对话框。默认为“Top Layer”（顶层）垂直（Vertical）布置，“Bottom Layer”（底层）水平（Horizontal）布置。层说明对话框层说明对话框自动布线结束后，系统弹出“Message”工作面板，显示自动布线过程中的信息。 “Message”“Message”工作
25、面板工作面板 本例，先布电源线“VCC”，然后再自动布线后的PCB板。 自动布线生成的自动布线生成的PCBPCB板图板图 调整布线 现在执行“工具”“取消 ”“全部”命令，撤销所有已布的线。然后移动元件，调整元件布局后的电路如图2-130所示。 重新调整布局的重新调整布局的PCBPCB板图板图 执行主菜单“自动布线”“全部”命令，布线结果如图所示。 重新布局自动布线后的重新布局自动布线后的PCBPCB板图板图 自动布线完成后，认为某局部布线不理想可手工调整，调整布线是在自动布线的基础上完成的，例如想对U2的2脚和6脚之间的连线重新布线，单击主菜单的“放置”“Interactive Routin
26、g”命令，光标呈十字状，重新绘线如图所示。可对任何不理想的布线重新布置。 手动布线前后的布线手动布线前后的布线 验证PCB板设计 在主菜单中选择“工具”“设计规则检查”命令，打开 “设计规则检查”（Design Rule Checker）对话框。 “设计规则检查设计规则检查”（Design Rule CheckerDesign Rule Checker）对话框）对话框 单击“运行DRC”（Run Design Rule Check）按钮，启动设计规则测试。设计规则测试结束后，系统自动生成检查报告网页文件。检查报告网页检查报告网页 2.5 2.5 在在3D3D模式下查看电路板设计模式下查看电路板
27、设计 设计时的3D显示状态要在PCB编辑器中切换到3D，只需单击“察看”“切换到3维显示”（Switch To 3D）命令（快捷键：3），或者从列表中PCB标准工具栏中选择一个3D视图配置。 选择选择3D3D显示显示 缩放缩放按Ctrl键十鼠标右拖，或者Ctrl十鼠标滚轮，或者按住滚轮拖动，或者Page UpPage Down键。 平移平移滚动鼠标滚轮，向上向下移动；按下Shift，滚动鼠标滚轮，向左右移动；右击拖动鼠标可向任何方向移动。 旋转旋转按住Shift键不放，再按鼠标右键，进人3D旋转模式。光标处以一个定向圆盘的方式来表示。该模型的旋转运动是基于圆心的，使用以下方式控制。 用鼠标右键
28、拖拽圆盘中心点Center Dot，任意方向旋转视图。 用鼠标右键拖拽圆盘水平方向箭头（Horizontal Arrow），关于Y轴旋转视图。 用鼠标右键拖拽圆盘垂直方向箭头（Vertical Arrow），关于X轴旋转视图。 PCBPCB板的板的3D3D显示显示 在PCB标准工具栏中，从3D视图配置列表中选择“Altium 3D Color By Layer”，可显示整体电路的布线情况。 “Altium 3D Color By Layer”“Altium 3D Color By Layer”显示显示 3D显示设置使用板层和颜色设置对话框可以修改这些设置，通过菜单“设计”“板层颜色”命令或者快捷键“L”来访问此对话框。板层和颜色设置对话框板层和颜色设置对话框