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1、学习目的 了解PCB设计的概念 熟悉PCB设计的工具 Altium Designer 掌握PCB设计的方法和流程内容 PCB设计的基本概念 原理图的设计 集成库的设计 PCB的绘制基本概念：PCB的定义 PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。基本概念：PCB的作用 电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，从而避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量
2、，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修。基本概念：PCB的分类 1.3 PCB的分类：的分类： 根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达几十层。 单面板：零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上（有贴片元件时和导线为同一面，插件器件再另一面）。 双面板：两面都有布线。 多层板：为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板，也称为多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层，在特殊情况下会加入空层来控制板厚，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的P
3、CB板。 层与层之间是绝缘层，用于隔离布线层。它的材料要求耐热性和绝缘性好。早期的电路板多使用电木为材料，而现在多使用玻璃纤维为主。 基本概念：PCB设计中的层常用的PCB设计的CAD工具有protel公司的 Altium Designer（下称“AD”）、Cadence公司的Allegro等。PCB的设计环境中都有很多不同的层，理解这些层的含义是进行PCB设计的基本要求。基本概念：PCB设计中的层基本概念:PCB设计中的层这些层有的对应PCB实际的层，有的具有其他的含义。下面是常用的层及其中文名称：基本概念:PCB设计中的层Mechanical机械层Keepout layer 禁止布线层To
4、p layer顶层Bottom layer底层Midlayer 1/2/ 内部信号层Internal Plane 1/2/内电层Top overlay(top silk) 顶层丝印层Bottom overlay(bottom silk)底层丝印层Top paste顶层焊盘层Bottom paste底层焊盘层Top solder顶层阻焊层Bottom solder 底层阻焊层multilayer 多层Drill guide过孔引导层Drill drawing过孔钻孔层基本概念:PCB设计中的层 机械层机械层 机械层是定义整个PCB板的外观的，其实我们在说机械层的时候就是指整个PCB 板的外形结构
5、。其它Mechanical Layer 2/3/4等可作为机械尺寸标注或者特殊用途，如某些板子需要制作导电碳油时可以使用Mechanical Layer 2/3/4等，但是必须在同层标识清楚该层的用途基本概念:PCB设计中的层 禁止布线层 是定义我们在布电气特性的铜时的边界，也就是说我们先定义了禁止布线层后，我们在以后的布过程中，所布的具有电气特性的线是不可能超出禁止布线层的边界。 很多设计师也使用做PCB 机械外形，如果PCB 上同时有禁止布线层和机械层1，则主要看这两层的外形完整度，一般以机械层1为准。若无机械层1，一般以禁止布线层为外形。基本概念：PCB设计中的层顶层、底层、内部信号层：
6、是用于信号走线的层。这些层统称为信号层。基本概念：PCB设计中的层内电层： 用来铺设电源和地。可以提高电路板的抗EMI特性和稳定性 信号层与内电层，这两种图层有着完全不同的性质和使用方法。内电层被称为负片层，即不布线、不放置任何元件的区域完全被铜膜覆盖，而布线或放置元件的地方则是排开了铜膜的。基本概念:PCB设计中的层 丝印层丝印层分顶层丝印层和底层丝印层，是定义顶层和底的丝印字符，就是一般我们在PCB 板上看到的元件编号和一些字符。基本概念:PCB设计中的层 阻焊层（solder） 实际是“阻焊层开窗层”。在PCB表面会有一层绿油覆盖，以避免短路并提供保护等。此层作用于焊盘处，表示此处没有绿
7、油，可以焊接。基本概念：PCB设计中的层 Paste层 分为Top Paste和Bottom Paste。一般用于贴片元件SMT 回流焊过程时上锡膏（是用来开钢网漏锡用的），和印制板厂家制板没有关系，可不提供给PCB制造商，PCB设计时保持默认即可。基本概念：PCB设计中的层多层多层表示所有的信号层。电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层多层，一般，焊盘与过孔都要设置在多层上。基本概念：过孔与焊盘 焊盘：元件通过PCB上的引线孔，用焊锡焊接固定在PCB上，印制导线把焊盘连接起来，实现元件在电路中的电气连接。 过孔也称金属化孔
8、，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。 过孔与焊盘区别：作用不同。基本概念：金手指 金手指： 在电路板的插接端点上（俗称金手指）镀上一层镍层及高化学钝性的金层来保护端点及提供良好接通性能，其中含有适量的钴，具有优良的耐磨特性。基本概念：金手指AD原理图设计：原理图原理图原理图原理图设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展，为印制电路板的设计提供元件、连线依据。AD原理图设计：原理图设计流程绘制原理图一般步骤绘制原理图一般步骤： 设置图纸大小，规划总体布局，在图纸上放置元件，进行布线，对各元件以及布线进行调整，然后进行电气检查
9、，最后保存并打印输出。AD原理图设计：原理图设计环境AD原理图设计：原理图设计环境AD原理图设计：原理图设计环境Altium Designer 的工具栏有Schematic Standard Tools工具栏、Wiring工具栏、Utilities工具栏和混合信号仿真工具栏等AD原理图设计：原理图设计环境Utilities实用工具栏包括多个子菜单，即Drawing Tools子菜单、Alignment Tools 子菜单、Power Sources子菜单、 Digital Devices子菜单、 Simulation Sources 子菜单、Grids子菜单等AD原理图设计：设置图纸属性 在原
10、理图编辑环境下双击边框，或者单击鼠标右键打开鼠标右键快捷菜单，选择 Document Options命令，或者执行DesignDocument Options命令，屏幕上将打开如图所示的文档选项对话框，可以在这个对话框中进行图纸参数的设置。设置项包括尺寸、栅格大小，图纸方向、电气节点等。设置方法略AD原理图设计：设置图纸属性AD原理图设计：元件的放置 放置方法1： 可以通过菜单“place/part”或者走线工具栏的“place part”图标进行放置元件进行元器件放置； 用这种方法可以放置最近放置的或有过放置历史的元件，还可以点击“chose”选择要放置的元件。AD原理图设计：元件的放置AD
11、原理图设计：元件的放置 放置方法2： 打开元件库面板，在下拉菜单中，选择元件库，双击（或拖动）库中的元件，放置到图纸合适的地方即可。AD原理图设计：元件的放置AD原理图设计：元件的放置 其他放置方法： 可以使用utility工具栏的常用数字器件放置元件； 电源和接地元件还可以使用utility 工具栏上子工具栏“Power Objects”来选取。AD原理图设计：元件调整和编辑 已经放置的元件可以被选择（select）、移动（move，不带连接关系）、拖动（drag 带连接关系）、旋转（按空格）、编辑属性（双击元件即可）等。方法略。AD原理图设计：元件的连接 当所有电路元件、电源和其他对象放置
12、完毕后，就可以进行原理图中各对象间的连线。连线的主要目的是按照电路设计的要求建立网络的实际连通性。 通常用到的连接电路的方法有两种：连接导线、放置网络标号。AD原理图设计：元件的连接 连接方法1放置导线 放置导线：点击“place/wire”，或者点击走线工具栏的放置导线图标，然后在图纸内左键单击选择导线起点，移动鼠标拖动导线线头，在转折点处单击鼠标左键确定，每次转折都需要单击鼠标左键,右键结束当前的导线。AD原理图设计：元件的连接 连接方法2放置网络标号： 网络标号是实际电气连接的导线的序号，它可代替有形导线，可使原理图变得整洁美观。具有相同的网络标号的导线，不管图上是否连接在在一起，都被看
13、作同一条导线。AD原理图设计：元件的连接放置网络标号步骤： step1： 执行菜单命令PlaceNet Label，或者用鼠标左键单击“Wiring”工具栏中的放置网络标号图标，此时，光标将变成十字状，并且将随着虚线框在工作区内移动；AD原理图设计：元件的连接 放置网络标号： step2：接着按下Tab键，工作区内将出现如图所示的“Net Label”对话框AD原理图设计：元件的连接 放置网络标号： step3：设定结束后，单击【OK】按钮加以确认。将虚线框移到所需标注的引脚或连线处，单击鼠标左键，即可将设置的网络标号粘贴上去AD原理图设计：元件的连接 放置网络标号：效果图AD集成库设计：项目
14、和自由文件 在Altium Design中，文件的管理采用“项目”（原文“project”，亦可译为工程）的管理方式，任何一项设计都被看作是一个项目，在此项目中，建立了与该设计有关的各种文档的连接关系，并保存了与该设计有关的设置。Altium Designer提供了多种类型的项目，如PCB项目、FPGA项目、集成元件库项目等。一个项目可以包含多个文件。可以将已存在的文件或者新文件加入项目。AD集成库设计：项目和自由文件 Altium Designer同样支持单个文件的创建和编辑，例如pcb文件，原理图文件的编辑。如果一个文件没有被加入到项目，则被称为自由文件（free document）。AD
15、集成库设计：集成库 集成库：集成库： altium designer采用了集成库的概念，即把元器件的各种符号模型文件集成在一起构成一个.Intlib的集成库文件。等。 集成库优点：集成库优点： 集成库具有以下一些优点：集成库便于移植和共享，元件和模块之间的连接具有安全性。集成库在编译过程中可以检查错误。AD集成库的设计：集成库 集成库包含的元件模型：集成库包含的元件模型： 集成库中的元器件模型文件包括元器件符号模块、元器件封装（Footprint）模块、电路仿真模块、信号完整性分析模块、3D模型等。 注：本文随后所述的集成库指集成了元器件原理图符号库和封装库的集成库。AD集成库的设计：集成库的
16、创建 集成库的创建主要有以下几个步骤集成库的创建主要有以下几个步骤新建集成库项目新建原理图符号库新建PCB封装库元器件符号模块与封装信息进行关联编译(生成)集成库AD集成库的设计：集成库的创建新建集成库工程：新建集成库工程：AD集成库设计：添加原理图库添加原理图库文件：添加原理图库文件：AD集成库的创建： 添加元件原理图符号 添加完原理图库文件和PCB封装库文件，双击打开原理图库文件AD集成库的创建： 添加元件原理图符号选择选择“SCH Library”面板，添加元件：面板，添加元件：AD集成库的创建： 添加元件原理图符号 原理图元件编辑环境：AD集成库的创建： 添加元件原理图符号原理图元件编
17、辑环境：AD集成库的创建： 添加元件原理图符号元件符号绘制：添加方框元件符号绘制：添加方框：AD集成库的创建： 添加元件原理图符号放放pin脚，注意方向，脚，注意方向，”X”代表元件电气节点，应朝代表元件电气节点，应朝外外AD集成库的创建： 添加元件原理图符号此外，还可以在原理图符号中加入注释、字符等。AD集成库的创建： 添加PCB封装库用类似的方法向集成库项目里添加PCB封装库文件，并切换到PCB库面板。即可进入到封装库编辑环境。AD集成库的创建： 添加元件封装模型在在PCB面板元件区右键，可以添加新的封装模型面板元件区右键，可以添加新的封装模型AD集成库的创建： 添加元件封装模型 这里不建
18、议选择”new blank component”.这个选项需要手绘元件的焊盘、丝印层标记等，不仅效率低，而且精度低。建议选择”Component Wizard”。 用“Component Wizard”建立DIP28元件的过程如下：AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step1：打开：打开Component WizardAD集成库的创建： 添加元件封装模型Step：2 选择封装类型选择封装类型AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step3：设置焊盘：设置焊盘AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step4：设置焊盘间距：设置焊盘间距AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step5：设置丝印层线宽：
19、设置丝印层线宽AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step6：设置管脚个数：设置管脚个数AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step7 命名命名AD集成库的创建： 添加元件封装模型Step8 完成完成AD集成库的创建： 添加元件封装模型效果图：AD集成库的创建： 添加元件封装模型放大，引脚号放大，引脚号AD集成库的创建： 添加元件封装模型放置丝印层填充，做标记放置丝印层填充，做标记AD集成库的创建： 添加元件封装模型其他元件建立工具： 菜单 “Tools - IPC Compliant footprint Wizard”是一种功能丰富，可靠的封装生成工具。使用方法略。AD集成库的创建： 添加元
20、件封装模型IPC Compliant footprint Wizard 器件类型选择界面AD集成库的创建：建立关联 元件的封装模型建立后，要保存封装库文件。 此时即可在元件的原理图符号和封装模型之间建立关联：AD集成库的创建：建立关联Step1：打开原理图库文件，选择DIP28AD集成库的创建：建立关联 Step2：“Add footprint”，浏览，选择“DIP28”。（备注：原理图库和封装库中的关联元件的名称不要求相同）AD集成库的创建：建立关联这样，原理图和封装就有了对应关系。（注意：引脚号要对应）AD集成库的创建：建立关联Step3 ：保存集成库工程的所有文件，编译工程，这样，集成库
21、制作完毕。注：可以继续添加其他元件。集成库可以被加载到库面板中，永久使用，使用方法和软件自带的集成库完全一致。也可以被复制供其他人使用。AD PCB设计：基本原则 元件布局元件布局：元件布局应该安放合理，既要注意布局美观和重量分布均匀，还要考虑原件布局对电路性能的影响。基本原则如下：元件布局要求均衡，疏密有序，元件摆放尽量对齐平行，力求美观大方；元件布局应按照元件的关键性来进行，先布置关键元器件，然后按照地址线和数据线的走向，按照就近原则，布置其他元件；存储器模块尽量并排放置，以缩短走线长度；1.高频元件引出的导线应尽量短，以减少对其他器件和电路的干扰，也可就近安装滤波电容。AD PCB设计：
22、基本原则 元件布局元件布局 数字电路和模拟电路应分开布设； 避免将模拟电路的前后级放置成收尾相接的形式； 带强电的元件与其他元件应尽量远，并放在调试和使用不易碰到的地方； 插头、插座放置的位置应便于操作，确保方向的正确性，与PCB的连接应具有足够的机械强度；5. 大功率器件要注意散热，如大面积接地、加散热片等。AD PCB设计：基本原则 布线布线：布线是完成产品设计的重要步骤，布线时应注意： 导线宽度要满足载流要求并留出余量，电源、地应更宽； 导线间距应尽可能大； 走线尽量少拐弯，力求线条简洁明了； 微处理器芯片的数据线和地址线应尽量平行放置； 输出端与输入端的边线应避免相邻平行。两相邻层的布
23、线要相互垂直，放置寄生耦合。 利用包地、覆铜等工艺提高PCB的稳定性和抗干扰性。AD PCB设计：PCB环境打开一个PCB文件，进入Altium Designer PCB编辑环境AD PCB设计：PCB环境PCB编辑器的常用工具栏包含： 实用工具栏、PCB标准工具栏、配线工具栏等。其中配线工具栏包含了提供了PCB常用的图元放置命令。AD PCB设计：布线工具栏用布线工具栏可以放置交互式导线、焊盘、过孔、用布线工具栏可以放置交互式导线、焊盘、过孔、字符、图形填充（即封闭的填充图形）等。字符、图形填充（即封闭的填充图形）等。AD PCB设计：布线工具栏 交互式导线：在具有网络飞线的情况下，设计者的
24、布线和网络飞线具有交互替代的关系，当设计者用交互式布线工具在同一网络的图元间放置了导线后，飞线就消失了。如下图：AD PCB设计：布线工具栏AD PCB设计：布线工具栏 在放置图元的过程中按下“TAB”键或者放置后双击图元。可以编辑图元的属性。AD PCB设计：PCB文件的创建 PCB文件的创建，可以使用PCB向导或者菜单命令建立创建PCB文件。我们以菜单命令为例：“FILE-新建-PCB文件” 即可。AD PCB设计： PCB环境参数设置 文件建立后可以进行环境参数设置 : design-board optionAD PCB设计：图层堆栈管理器 调用图层堆栈管理器，对PCB半层进行添加、删除
25、和设置等： Design-layer stack manager：AD PCB设计：设置PCB外形设置PCB边界：Design-Board Shape此菜单下面有重新定义板子形状（Redefine board shape）、移动板子边界（Move board verticals）、扣洞（define board cutout）其他操作，略AD PCB设计：设置PCB外形AD PCB设计： 常规PCB设计流程 常规PCB设计的流程：绘制电路原理图规划电路板；设置各项环境参数；载入网络表和原件封装；原件自动布局；手工调整布局；自动布线；手工调整布线；DRC校验；文件保存、输出打印。AD PCB设计
26、：PCB设计流程 PCB设计流程：Step1：菜单“新建”-”PCB Project”,建立PCB工程Step2：向工程中添加新的原理图文件和pcb文件，并做适当的设置；AD PCB设计：PCB设计流程Step3：绘制原理图（元件从某集成库中选取）AD PCB设计：PCB设计流程 Step 4：保存原理图，编译项目AD PCB设计：PCB设计流程Step5：把原理图的更改更新到pcb文件中Design-update PCB Document *.PcbDocAD PCB设计：PCB设计流程Step 5.1：确认对话框，依次点击“validate changes”、“execute change
27、s”;AD PCB设计：PCB设计流程 Step5.2：打开pcb文件，我们看到元件和连接关系已经被更新到PCB文件中。AD PCB设计：PCB设计流程 Step 5.3：把原件拖入到PCB边界内部合适的地方即可(也可用菜单“Tools - Component Placement - Auto Placer”进行自动布局）。AD PCB设计：PCB设计流程 Step 6：自动/手动布线 可以用菜单“Auto Route”-“ALL”或者“Auto Route”-“Net”对所有网络或者指定网络自动布线。“Auto Route”下还有对某元件、某区域进行自动布线等选项。AD PCB设计：PCB设
28、计流程 Step 6：自动/手动布线。下图为自动布线的结果AD PCB设计:PCB设计流程 Step 6：自动/手动布线 由于自动布线会出现一些不合理的布线情况，例如有较多的绕线，较多的通孔，走线不够美观等。此时可以通过手工布线进行一定的修正，对于原件网络较少的PCB板也可以完全采用手工布线。AD PCB设计：PCB设计流程 Step 7:设计规则检查（DRC校验） 可以调用菜单 “Tools - Designe Rule Check” 进行设计规则检查。 系统会根据用户设定的规则，对PCB设计的各个方面进行检查校验，例如线宽、安全距离、原件间距、PCB与原理图是否一致等等。AD PCB设计：PCB设计流程 Step 7：设计规则检查AD PCB设计：PCB设计流程Step7：设计规则检查DRC报表如下：