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1、正版可修改PPT 课件(中职）电子CADAltium Designer操作与应用任务4 教学课件电子CADAltiumDesigner 操作与应用职 业 教 育 课 程 创 新 精 品 系 列 教 材任务四 遮光式计数器单层电路板设计与制作【任务布置】布置遮光式计数器单层电路板设计与制作任务1.能 绘 制 遮 光 式 计 数 器 原 理 图、PCB 编 辑 器 设 置、元 件 封 装 库 设 置、同 步 比 较 选 项 设 置、载 入SCH 信 息、元 件库绘制注意事项；2.懂得遮光式计数器PCB 布线的基本要求、合理分布信号的接地点、电路布局合理、合理安排滤波电容；3.能制作制遮光式计数器P
2、CB；4.懂得生成遮光式计数器元件封装库、PCB 的3D 效果输出、PCB 外购件清单、PCB 信息输出、PCB 装配图输出。【项目布置】1.建立遮光式计数器工程设计项目工作环境；2.遮光式计数器印制电路板规划及元件布局；3.遮光式计数器印制板电路连线；4.遮光式计数器印制电路板后续处理；5.遮光式计数器PCB 工程信息输出。【项目分析】在实际的大型工程项目中，都是由工程师团队协同完成的。发挥团队精神、互补互助以达到团队最大工作效率是每个工程师必须必备的能力。对于团队的成员来说，不仅要有个人能力，更需要有在不同的位置上各尽所能、与其他成员协调合作的能力。在本项目中外壳工程师已经设计并制作好外壳
3、模型（可在网站中下载学习资料），要求你设计的电路板能够与之相匹配，顺利的安装到壳体中。经过上述四个项目的学习，接下来进入实战阶段。本项目需要利用之前学习的知识制作一个遮光计数器的印制板。一般制作单面PCB 印制板流程如图4-1 所示 图4-1 一般PCB 印制板制作流程遮光计数器的原理图如图4-2 所示。图4-2 遮光计数器原理图完成原理图绘制后，使用新建印制板文件，并绘制PCB。其PCB 元器件布局图如图4-3 所示。布局完成后使用布线工具完成印制线路板的设计与制作。最后，按要求输出PCB 工程设计文件。图4-3 遮光计数器元器件布局图图4-4 任务流程图步 骤1 配 置 遮 光 计 数 器
4、 电路工程环境并绘制原理图【任务内容】1.创 建 遮 光 计 数 器PCB 工 程 并 绘 制原理图；2.遮光计数器层次电路图设计；3.遮光计数器元件封装库设置；4.遮光计数器同步比较选项设置。【知识准备】Altium Designer 中集合线束功能AD 提供的Signal Harness 功能，支持将多个导线、总线包裹在一起进行连接。在导线、总线连接较多且复杂的原理图中，我们可以使用集合线束将这些线路汇集在一起，结合各种网络标识符进行图纸内或跨图纸连接。图5-1-1 集合线束【任务完成】一、创建PCB工程并绘制原理图按照项目一的教程建立PCB 工程，并建立SCH 原理图文件。其原理图如图4
5、-2所示。原理图中大部分元器件都是可在默认库中找到。其元器件标号与封装清单如表5-1 所示。序号元件标号 元器件库名称 封装 描述1.B1 Header 2 FLY2 电源接口1.C1,C2,C4,C5 Cap Pol2 RB.1/.15 电解电容1.C3,C6,C7,C8 Cap RAD-0.2 圆片电容1.FU1 Fuse 1 FUS 保险丝1.IC1 LM358AN DIP-8 LM3581.IC2 HCC4511BF DIP-16 4511 集成电路1.IC3 MC14553BCP DIP-16 4553 集成电路1.IC4,IC5,IC6 Dpy Blue-CC H 数码管1.R1R
6、6,R8R24 Res2 AXIAL-0.4 直插电阻1.R7 光敏电阻 HDR1X2 光敏电阻1.RP1,RP2 RPot VR 电位器1.S1 SW-PB AN66 按键1.V1,V2,V3,V4,V9,V10 Diode 1N4007 DO-41 1N4007 二极管1.V5 2N3904 TO-92A 8050 三极管1.V6,V8,V12,V13,V14 2N3906 TO-92A 9012 三极管1.V7 Diode 11DQ03 DO-41 3V 稳压管1.V11 LED0 LED2 红色LED 灯二、层次电路图设计层次原理图主要包括两大部分：主电路图和子电路图。其中主电路图与子
7、电路图的关系是父电路与子电路的关系，在子电路图中仍可包含下一级子电路。当进行大型工程设计时，只靠一张图纸是无法实现的（几千个元器件密密麻麻挤在一张图纸上可读性会非常差），这时需要用多个图纸进行开发设计。一个多图纸设计工程是由逻辑块组成的多级结构，其中的每个块可以是原理图或是 HDL文件，在这结构的最顶端是一个主原理图图纸工程顶层图纸。例如：AD 中自带的例程“Bluetooth_Sentinel”就使用了层次电路设计，如图5-1-2 所示。图5-1-2AD 中范例工程“Bluetooth_Sentinel”层次电路结构1.设计电路组成框图父电路图根据电路原理图分析，本电路主要由三个模块构成：（
8、1）串联型稳压电源模块（2）遮光计数电路及信号整形计数模块（3）3位数码管显示模块其模块分解示意图如图5-1-3 所示。图5-1-3 按电路功能进行模块分解图5-1-4 遮光计数器系统框图2.新建子电路图并分模块绘制原理图建立好系统框图后，可以在“Designer”区域输入标识符，若标识符包含有Repeat 关键字的语句，还能实现多通道功能（见项目二）。而在“File Name”输入想要调用的子图纸文件名称（Altium Designer 中文件名不区分大小写），则可实现对子图纸的调用。当多图纸工程编译好后，各个图纸间的逻辑关系被识别并建立一个树形结构，表示各个图纸的逻辑关系，如图5-1-2
9、所示。点击【设计】【产生图纸】，使用出现的十字架点击对应图表符即能产生对应的子图纸，其输出接口也已自动生成好，如图5-1-5 所示。图5-1-5 产生子电路图纸将原电路图拆分为三个模块电路文档进行设计，每个电路完成特定功能，这样设计出的电路可读性较强，方便电路图移植。如图5-1-6 所示。图5-1-6 分文档设计的子电路图3.配置并使用线束Altium Designer 中线束功能较为强大，在层次电路图中线束的使用能让原理图变得非常简洁明了。线束的作用是能把网络标号、BUS 总线，甚至别的线束一起打包成一根粗电缆，你可以把它想象成在电脑机箱里中扎线的束线带。其使用方法较为简单，在需要打包线速的
10、位置点击【放置】【线束】【线束连接器】，可放置线束连接器，将其放置在需要相连的端口上，使用【线束入口】把端口编号并连接，最后使用【信号线束】将其束起，并设置线束名称为段码。利用端口选项添加原理图端口，其操作如图5-1-7 所示。图5-1-7 线束使用步骤三、元件封装库设置在 本 项 目 中 有 四 个 元 件 无 封 装 或 默 认 封 装 与 设 计 封 装 不 符。分 别 是 保 险 丝FU1,电 位 器PR1、PR2,按 键S1 与LED 灯V11。这 几 个 元 件 的 封 装 需 要 自 己 绘 制。绘 制 元 件 封 装 的 方 法 已 在 之 前 项 目 中 讲 解 过，这里只给
11、出封装参数。1.保险丝封装FUS图5-1-8 保险丝底座封装保 险 丝 底 座 四 个 孔 均 为100mil 直 径，其 中 通 孔 尺 寸 为60mil。图5-1-96X6 按键实物与封装尺寸常用按键四、同步比较选项设置绘制完电路原理图后，需要同步进行PCB 同步比较，其步骤如下：1.首先应创建PCB 文件。然后打开PCB 文件，从原理图导入工程变化订单（内部网络表）。2.单击菜单栏【设计】【Import Changes From 遮光计数器.PrjPcb】。也可以在原理图中点击菜单栏【设计】【Update PCB Document 遮光计数器.PcbDoc】更新更改，如图5-1-12 所
12、示 图5-1-12 从PCB 同步更改（左）从原理图同步更改（右）点 击【生 效 更 改】，进 行 检 查。如 果 有 问 题，将 会 在 状 态 栏 内 显 示 出 现 字 符，并 在 消 息 栏 显 示 错误说明。退出对话框，参照错误说明进行修改。确定无误后再次运行导入。注意：封装没有找到，将会出现一系列连接问题。主要检查两个方面：（1）在原理图中，查看元件指定了封装没有。（2）在PCB 文件中，加载了相应封装库没有。图5-1-13 工程更改顺序界面4.原理图设计没有问题后，点击执行更改后，原理图中的元器件就能导入到PCB 中。由于使用了层次电路设计结构，所以会生成三个红色的ROOM，RO
13、OM。其中对应元器件已经自动排列在对应Room 中，如图5-1-14 所示。图5-1-14 元器件自动扇出在对应ROOM 中步骤2 遮光计数器印制电路板规划及元件布局【任务内容】1.规划遮光计数器印制电路板形状及定位孔放置；2.规划遮光计数器ROOM 位置；3.手动调整遮光计数器PCB 并锁定特殊元件。4.自动布局元器件【知识准备】一、PCB布局注意事项虽 然Altium Designer 能 够 自 动 布 局，但 是 实 际 上 电 路 板 的 布 局 几 乎 都 是 手 工 完 成 的。要 进 行 布 局时，一般遵循如下规则：1.特殊元件优先布局特殊元件的布局特殊元件的布局从以下几个方面
14、考虑：（1）高频元件高 频 元 件 之 间 的 连 线 越 短 越 好，设 法 减 小 连 线 的 分 布 参 数 和 相 互 之 间 的 电 磁 干 扰，易 受 干 扰 的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。（2）具有高电位差的元件应 该 加 大 具 有 高 电 位 差 元 件 和 连 线 之 间 的 距 离，以 免 出 现 意 外 短 路 时 损 坏 元 件。为 了 避 免 爬 电现 象 的 发 生，一 般 要 求2000V 电 位 差 之 间 的 铜 膜 线 距 离 应 该 大 于2mm，若 对 于 更 高 的 电 位 差，距 离还应该加大。带有高电
15、压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。（3）重量太大的元件此类元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。（4）发热与热敏元件注意发热元件应该远离热敏元件。（5）可以调节的元件对 于 电 位 器、可 调 电 感 线 圈、可 变 电 容、微 动 开 关 等 可 调 元 件 的 布 局 应 该 考 虑 整 机 的 结 构 要 求，若 是 机 内 调 节，应 该 放 在 电 路 板 上 容 易 调 节 的 地 方，若 是 机 外 调 节，其 位 置 要 与 调 节 旋 钮 在 机 箱 面 板上的位置相对应。（6）电路板安装孔和支架孔应该预留出电路板的安装孔和支架
16、的安装孔，因为这些孔和孔附近是不能布线的。2.按照原理图元件安排布局按 照 电 路 功 能 布 局 如 果 没 有 特 殊 要 求，尽 可 能 按 照 原 理 图 的 元 件 安 排 对 元 件进 行 布 局，信 号 从 左 边 进 入、从 右 边 输 出，从 上 边 输 入、从 下 边 输 出。按 照 电路 流 程，安 排 各 个 功 能 电 路 单 元 的 位 置，使 信 号 流 通 更 加 顺 畅 和 保 持 方 向 一 致。以 每 个 功 能 电 路 为 核 心，围 绕 这 个 核 心 电 路 进 行 布 局，元 件 安 排 应 该 均 匀、整齐、紧 凑，原 则 是 减 少 和 缩 短
17、 各 个 元 件 之 间 的 引 线 和 连 接。数 字 电 路 部 分 应 该与 模 拟 电 路 部 分 分 开 布 局。通 过 重 新 定 位 选 择 的 器 件 选 项 可 以 方 便 的 按 照 原理图进行元件布局。3.元件与电路板边缘距离元 件 离 电 路 板 边 缘 的 距 离 所 有 元 件 均 应 该 放 置 在 离 板 边 缘3mm 以 内 的 位 置，或 者 至 少 距 电 路 板 边缘 的 距 离 等 于 板 厚，这 是 由 于 在 大 批 量 生 产 中 进 行 流 水 线 插 件 和 进 行 波 峰 焊 时，要 提 供 给 导 轨 槽 使用，同 时 也 是 防 止 由
18、 于 外 形 加 工 引 起 电 路 板 边 缘 破 损，引 起 铜 膜 线 断 裂 导 致 废 品。如 果 电 路 板 上 元件 过 多，不 得 已 要 超 出3mm 时，可 以 在 电 路 板 边 缘 上 加 上3mm 辅 边，在 辅 边 上 开V 形 槽，在 生 产 时用手掰开。4.元件放置顺序规则元 件 放 置 的 顺 序 首 先 放 置 与 结 构 紧 密 配 合 的 固 定 位 置 的 元 件，如 电 源 插 座、指 示 灯、开 关 和 连 接插 件 等。再 放 置 特 殊 元 件，例 如 发 热 元 件、变 压 器、集 成 电 路 等。最 后 放 置 小 元 件，例 如 电 阻、
19、电容、二极管等。二、网络密度分析网 络 密 度 分 析 是 利 用Altium Designer 系 统 提 供 的 密 度 分 析 工 具，对 当 前 PCB 文 件 的 元 件 放 置 及 其连 接 情 况 进 行 分 析。密 度 分 析 会 生 成 一 个 临 时 的 密 度 指 示 图(Density Map)，覆 盖 在 原PCB 图 上 面。在图 中，绿 色 的 部 分 表 示 网 络 密 度 较 低，元 件 越 密 集、连 线 越 多 的 区 域 颜 色 就 会 呈 现 一 定 的 变 化 趋 势，红 色 表 示 网 络 密 度 较 高 的 区 域。密 度 指 示 图 显 示 了
20、PCB 板 布 局 的 密 度 特 征，可 以 作 为 各 区 域 内 布 线 难度 和 布 通 率 的 指 示 信 息。用 户 根 据 密 度 指 示 图 进 行 相 应 的 布 局 调 整，有 利 于 提 高 自 动 布 线 的 布 通 率，降低布线难度。在Altium Designer 的PCB 编 辑 器 中，执 行【工 具】【密 度 图】命 令，系 统 自 动 执 行 对 当 前PCB 文件 的 密 度 分 析。按End 键 刷 新 视 图，或 者 通 过 单 击 文 件 标 签 切 换 到 其 他 编 辑 器 视 图 中，即 可 恢 复 到 普通PCB 文件视图中。通过3D 视图和
21、网络密度分析，我们可以进一步对PCB 元件布局进行调整。完成上述工作后，就可以进行布线操作了。如图5-2-1 所示。图5-2-1 密度图显示【任务完成】一、规划印制电路板形状及定位孔放置电 路 原 理 图 设 计 好 后，一 般 工 程 师 必 须 在 绘 制PCB 印 制 板 之 前 需 要 与 产 品 结 构 工 程 师 沟通 以 下 参 数：PCB 大 小 与 形 状（确 保PCB 能 装 入 外 壳）；PCB 定 位 孔 位 置（确 保PCB 能 固定 在 外 壳 的 定 位 孔 上）；空 间 中 是 否 有 元 器 件 碰 撞 外 壳 情 况（确 保PCB 装 配 好 后 元 器 件
22、 与外壳无碰撞）。在Altium Designer 中 可 以 使 用 三 种 方 式 来 确 定 电 路 板 形 状 及 定 位 孔 位 置：三 维 文 件 导 入、二维CAD 设计文件导入、通过设计参数自建。1.三维文件导入确定PCB形状在Altium Designer 中可以通过导入三维外壳帮助制作PCB 印制板，从而使电路板设计不再受结构限制而返工。其方法为：在打开的PCB 文件下点击菜单【放置】【3D 元件体】。会跳出3D 体界面，如图5-2-2 所示。图5-2-2 通过外部文件导入3D 结构体在2维PCB 界 面 中 会 出 现 一 个 红 色 阴 影，表 示 已 经 导 入 了3
23、D 外 壳，其 阴 影 表 示 其 在PCB 二 维 页面上的投影。此时点击【察看】【切换到3维显示】，可切换至3维视图模式。如（右）所示。图5-2-3 导入外壳文件查看 2D（左）3D（右）2.二维CAD文件导入确定PCB形状在Altium Designer 中也可以通过二维CAD 文件来确定PCB 形状。其方法为点击【文件】【Import】。分别可导入AutoCAD 的文档，Gerber 文档，IDF 文档等。在打开的文件选择框中选择文件并点击打开后可直接使用CAD 文档。如图5-2-2 所示。图5-2-4 导入CAD 外形文件3.通过设计参数自建PCB形状及定位孔最 常 用 的 方 式
24、为 通 过 设 计 参 数 自 建 PCB 形 状 及 定 位 孔。本 项 目 中 要 求 PCB 大 小 为6000mil3000mil。其 装 配 孔 有4个，焊 盘 直 径 为200mil，孔 直 径 为3mm，中 心 点 分 别 与 上 下 左右边距离200mil。步骤如下：（1）在Keep-Out 层中绘制6000mil3000mil 的方框，设置方框左下角为原点。（2）选 中 绘 制 好 的Keep-Out 层 方 框，点 击【设 计】【板 子 形 状】【按 照 选 择 对 象 定 义】。系统能自动根据选择的方框定义好板子形状。（3）在板子中放置定位孔点击【放置】【焊盘】，在跳出的
25、焊盘界面中设置焊盘参数直径为200mil，孔直径3mm。并放置在PCB 板上，距离最近边距离200mil，图5-2-5 焊盘放置界面与最后完成PCB 形状二、PCB布局的基本原则并规划ROOM位置完 成 了 印 制 线 路 板 形 状 规 划 及 定 位 孔 的 设 置 后，进 入PCB 布 局 环 节。进 行 元 器件 和 网 络 表 的 同 步 后，元 器 件 被 混 乱 地 放 在 一 个 空 间 内。这 种 情 况 下，是 无 法 进行 布 线 操 作 的，因 此 需 要 先 进 行 合 理 的 布 局。一 般 来 说，元 件 的 布 局 有 两 种 方 式，即 自 动 布 局 和 手
26、 工 布 局。所 谓 自 动 布 局，是 指 按 照 设 计 者 事 先 定 义 好 的 设 计 规 则，系 统 自 动 地 在PCB 板 上 进 行 元 件 的 布 局，这 种 方 法 效 率 较 高，布 局 结 构 比 较 优 化，但 有 时 缺 乏 一 定 的 合 理 性 和 实 用 性；手 工 布 局 是 指 设 计 者 手 工 在PCB 板 上 进 行 元件 的 布 局，包 括 移 动、排 列 元 件，修 改 元 件 封 装，调 整 元 件 序 号 等，布 局 结 果 比较 符 合 设 计 者 的 意 图 和 实 际 应 用 的 要 求，也 有 利 于 后 面 的 布 线 操 作，但
27、 相 对 效 率较低。在开始元件布局前要注意PCB 印制板的布局需要按照以下基本原则进行：1.元件的布局要求均衡，疏密有序，避免头重脚轻。2.元 件 布 局 应 按 照 元 件 的 关 键 性 来 进 行，先 布 置 关 键 元 件 如 微 处 理 器、DSP、FPGA、存 储器等，按照数据线和地址线的走向，就近原则布置元件。3.存储器模块尽量并排放置，以缩短走线长度。4.尽可能按照信号流向进行布局。图5-2-6 布局结构图三、手动调整并锁定特殊元件在 常 见 印 制 板 中，有 些 零 件 是 需 要 特 别 注 意，例 如 接 口 类 元 件，一 般 都 布 置 在PCB 的 边 缘 方便
28、 连 接，如 果 放 置 在 印 制 板 中 间 会 造 成 阻 挡 或 无 法 连 接 的 情 况 发 生。这 些 需 要 放 在 特 殊 位 置 的元件我们统称为特殊元件。常见特殊位置的元件有以下四类：1.接口类：如：电源接口、扬声器、视频、音频接口、键盘、鼠标、USB 等；2.显 示 类：如：发 光 二 极 管、数 码 显 示 管 等 显 示 类 模 块 需 要 考 虑 原 理 设 计 中 信 息 显 示 阅 读 习惯规范，不能随意排列。3.旋钮类：如：音量控制、调谐、波段等；4.其他类：必须放置在特定位置的零件。如电视机高压包等。在本项目中，需要特殊调整的元件为电源接口（B1）与三个数
29、码管（IC4,IC5,IC6）如表5-2 所示。电源接口需要放置在印制板左侧从而方便连接。三个数码管需要放置在一起，从左到右依次为IC4,IC5,IC6。这是由于本电路中，IC4为百位数码管，IC5为十位数码管，IC6为个位数码管。若随意放置，会造成读数的不正确。数码管之间的间距也最好一致，以便于阅读。图5-2-7 特殊元件布局图四、软件自动布局定 位 好 特 殊 元 件，点 击 菜 单【工 具】【器 件 布 局】可 以 使 用 软 件 对 元 器 件 进 行 自 动 布 局。其中有四种自动布局方式：如所示。图5-2-9 软件自动布局菜单1.按照ROOM 排列点击【按照ROOM 排列】，鼠标变
30、为十字形，此时点击对应ROOM 可自动把元器件排列到对应ROOM 中。如图5-2-10 所示。图5-2-10 按ROOM 自动布局2.在矩形区域中排列选 中 需 要 排 列 的 元 件，点 击【在 矩 形 区 域 中 排 列】，通 过 鼠 标 框 选 排 列 区 域，软件能够自动在框选区域中排列选中的元件。3.排列板子外的器件选 中 板 子 外 的 元 件，点 击【排 列 板 子 外 的 器 件】，软 件 能 自 动 排 列 板 子 外 的 器 件。注 意，排 列的器件还在ROOM 外。4.自动布局点击【自动布局】，软件能自动简单布局元件。但其布局智能化水平较低，一般不推荐使用。5.依据文件放
31、置需要有元器件定位PIK 文件才能使用。6.重新定位选择器件（推荐使用）此布局方案可在原理图选择多个元件进行重新定位并手工放置。其使用方法为，在原理图中框选需要布局的元件，然后再PCB 文件中选择【重新定位选择的器件】选项。图5-2-12 遮光室计数器元器件布局图步骤3 遮光计数器印制电路板布线【任务内容】1.印制电路板布线基本原则；2.印制电路板走线规则设置；3.电路板手动布线；3.电路板自动布线；4.手工调整自动布线。【知识准备】一、电路走线宽度与电流能力关系电路走线的宽度与其能安全流过的电流是成正比关系的，但这个关系如何，在设计电路中还需考虑哪些因素，在这里就详细探讨一下。1 PCB 电
32、路板铜皮厚度计算方法：一般线路板厂家以oz（盎司）表示铜箔厚度,1oz 的厚度表示将1oz 重量的铜铺在1平方英尺面积的铜箔厚度。其实就是用单位面积的重量来表示铜箔的平均厚度。先在的电路板厂商默认铜箔厚度一般为1oz。一般可定制13oz 厚度的电路板，如图5-3-1 所示为国内某品牌电路板制造厂加工参数设置网页截图。图5-3-1 国内某电路板制造厂商加工参数设置2 PCB 电路板布线铜皮宽度与电流量关系：一般PCB 板的铜箔厚度为35um（约14mil），线条宽度为1mm 时，那末线条的横切面的面积为0.035平方毫米，在散热良好的情况下横截面为圆的铜芯导线电流密度为6A/平方毫米，而PCB
33、铜箔导线由于其横截面周长较大，所以其电流密度要高一些达到19A/平方毫米，所以，每毫米线宽约可以流过665mA电流。【任务完成】在 完 成 电 路 板 的 布 局 工 作 以 后，就 可 以 开 始 布 线 操 作 了。在PCB 的 设 计 中，布 线 是 完 成 产 品 设计 的 重 要 步 骤，其 要 求 最 高、技 术 最 细、工 作 量 最 大。其 首 要 任 务 就 是 在PCB 板 上 布 通 所 有 的 导线，建 立 起 电 路 所 需 的 所 有 电 气 连 接，这 在 高 密 度PCB 设 计 中 很 具 有 挑 战 性。PCB 布 线 可 分 为 单面布线、双面布线和多层布
34、线。Altium Designer 的PCB 布 线 方 式 有 自 动 布 线 和 手 动 布 线 两 种 方 式。采 用 自 动 布 线 时，系 统 会 自动 完 成 所 有 布 线 操 作；手 动 布 线 方 式 则 要 根 据 飞 线 的 实 际 情 况 手 工 进 行 导 线 连 接。实 际 布 线 时，可 以 先 用 手 动 布 线 的 方 式 完 成 一 些 重 要 的 导 线 连 接，然 后 再 进 行 自 动 布 线，最 后 再 用 手 动 布 线 的方式修改自动布线时的不合理连接。本 子 任 务 中 以 遮 光 式 计 数 器 为 具 体 实 例 来 实 战 布 线 的 规
35、 则，自 动 布 线 和 手 动 布 线 等 工 具的使用。从而让大家能够了解整个制板过程和具体操作步骤。图5-3-2 层叠管理设置一、印制电路板走线规则设置第三章了解了印制电路板布线基本原则之后，需要对自动布线规则进行设置。同自动布局一样，在启动自动布线器，进行自动布线之前，同样需要对相关的布线规则进行合理的设置，即针对不同的操作对象，去定义灵活的设计约束，以获得更高的布线效率和布通率。通过点击菜单 设计 规则 命令，即可打开PCB 规则及约束编辑器 对话窗。也可以在PCB 设计环境中单击鼠标右键，选择 设计 规则，打开PCB 规则及约束编辑器 对话窗,如图5-3-3 所示。图5-3-3 设
36、计/规则菜单选项在打开的PCB 规则及约束编辑器 中选择Electrical（电气规则设置）如图5-3-4 所示。图5-3-4PCB 规则及约束编辑器对话框在PCB 规 则 和 约 束 编 辑 器 界 面 的 左 边 窗 口 中，系 统 列 出 了 所 提 供 的10大 类 设 计 规 则（Design Rules），他 们 分 别 是：Electrical（电 气 规 则）、Routing（布 线 规 则）、SMT（表 贴 式 元 件 规 则）、Mask（屏 蔽 层 规 则）、Plane（内 层 规 则）、Testpoint（测 试 点 规 则）、Manufacturing（制 板 规则）、
37、High Speed（高 频 电 路 规 则）、Placement（元 件 布 局 规 则）和Signal Integrity（信 号 完 整性 分 析 规 则）。在 上 述 的 每 一 类 规 则 中，又 分 别 包 含 若 干 项 具 体 的 子 规 则。设 计 者 可 以 单 击 各 规 则 类前 面 的 符 号 进 行 展 开，查 看 每 类 中 具 体 详 细 的 设 计 规 则。在 所 示 的 所 有 规 则 中，与 布 线 有 关 的 主 要 是Electrical（电气规则）和Routing（布线规则）。单击Electrical（电气规则）前面的“+”符号，可以看到需要设置的电
38、气子规则有4项。如所示。图5-3-5 Electrical 电气规则3.2.1.1 印制板Clearance（安全间距）子规则设置Clearance 规则主要用来设置PCB 板设计中导线、焊盘、过孔以及敷铜等导电对象之间的最小安全间隔，相应的设置窗口如图5-3-6 所示。图5-3-6 安全间距子规则设置本任务中默认安全间距设置为8mil。考虑到制造工艺问题，覆铜层与导线若靠的太近会造成搭连几率增加，所以通过梯形表格设置覆铜层Poly 与其他层安全间距皆为30mil。其设置界面如图5-3-7 所示。图5-3-7 使用梯形表格设置不同项目安全间距3.2.1.2 印制板Routing 布线规则设置布
39、线规则是自动布线器进行自动布线时所依据的重要规则，设置是否合理将直接影响到自动布线质量的好坏和布通率的高低。单击Routing 前面的符号，展开布线规则，可以看到有8项子规则，如图5-3-8 所示。图5-3-8 布线规则设置3.2.1.3 印制板网络类设置与线宽规则设置首先设置线宽，本任务中需要对电源线加粗至默认宽度30mil，并且要求对段码与片选的信号线设定宽度为10mil，其余导线设置默认宽度为20mil。为方便设置，在设置线宽之前首先来设置net class（网络类）。其设置方法如下：在父原理框图中找到VCC 与GND 两个电源类接口，点击菜单 放置 指示 网络类。跳出网络类选项，建立P
40、ower 网络类，并将其与VCC，GND 分别连接。这样VCC 与GND 就加入了新建的网络类Power 中了。按照同样的办法建立sig 网络类，并与“段码”，“片选”两个信号线束链接，则这两个型号线束中的NET 就都加入了sig 中。如图5-3-9 所示。图5-3-9 快速建立网络类（Net Class）当然也可以在PCB 文件中点击菜单 设计 类 的办法建立网络类。但此种方法较繁琐，不推荐。设置完成网络类后，可在规则中添加每个类的线宽规则，如图5-3-10 所示。图5-3-10 线宽规则设置3.2.1.4 布线拓扑子规则设置Routing Topology（布 线 拓 扑）规 则 主 要
41、用 于 设 置 自 动 布 线 时 导 线 的 拓 扑 网 络 逻 辑，即 同 一 网络 内 各 节 点 间 的 走 线 方 式。拓 扑 网 络 的 设 置 有 助 于 自 动 布 线 的 布 通 率，Routing Topology 规 则 设置 窗 口 如 图8-51 所 示。在PCB 规 则 及 约 束 编 辑 器 的 拓 扑 类 型 选 择 区 域 内，系 统 提 供 了 多 种 可 选 的拓 扑 逻 辑，设 计 者 可 根 据PCB 的 复 杂 程 度 选 择 不 同 的 拓 扑 类 型 进 行 自 动 布 线。本 项 目 由 于 为 单 面板，所以推荐使用最短路径拓扑规则“Shor
42、test”，如所示。图5-3-11 设置最短路径拓扑方式3.2.1.5 布线优先级子规则设置Routing Priority（布线优先级）规则主要用于设置PCB 网络表中布通网络布线的先后顺序，设定完毕后，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，规则设置窗口。在本项目中设置电源类网络优先级为1。提升电源Power 网络类优先级的优点是可使自动布线生成的电源线不会太乱，如图5-3-12 所示。图5-3-12 设置电源网络层优先级为13.2.1.6 布线层子规则设置Routing Layers（布线层）规则主要用于设置在自动布线过程中允许进行布线的工作层，一般情况下用在多层板中，规
43、则设置窗口如图5-3-13 所示。由于本项目为单层板设计，所以激活的层中仅勾选“Bottom Layer”选项。图5-3-13 设置只允许在Bottom Layer(底层)自动布线二、电路板手动布线设 置 完 规 则 后，下 一 步 进 行 布 线 工 作。布 线 分 手 动 布 线 与 自 动 布 线 两 种 方 式。自 动 布 线 和 手动 布 线 不 是 独 立 的2种 布 线 方 式。自 动 布 线 代 替 不 了 手 动 布 线，但 完 全 手 动 布 线 效 率 太 低。所 以要 配 合 起 来 使 用。一 般 原 则 是 电 路 板 上 重 要 的 信 号 线 要 手 动 布 线
44、，完 成 后 锁 定 已 有 走 线 后 进 行自动布线。这样效率高、布线效果好。重要的信号线一般按照如下顺序完成：地、电源等供电网络；对电源线的布线需要设计者考虑电流走向，特别是一些大电流器件为防止其干扰附近芯片可考虑其电源供给与其他芯片分开。本项目中由于整个电路电流较小，可暂不考虑载流问题。高频信号线：高频信号线需要考虑干扰与阻抗匹配，有些特殊导线需要布等长线，有些线需要尽可能短，所以这类线应有限手工排布。一般包含：1）时钟线、复位线；2）数据、地址及相应的控制线；3）重要的通讯网络，如I2c、SPI 等。其它信号线对于板子EMC 和SI 性能的影响微乎其微，可以使用自动布线。由于本项目遮
45、光计数器中无高频信号线，所以我们可以先手动布通电源网络。如图5-3-14 所示。图5-3-14 手工布电源线尽可能减少路径三、电路板自动布线对于一些不重要的导线，可使用Altium Designer 软件进行自动布线。但自动布线前需要首先把原先手工布好的导线进行锁定。这样自动布线就不会修改原先布好的导线了。点击菜单 编辑 查找相似对象，选中GND 网络，点击same，查找所有GND 导线。点击确定后再弹出的属性对话框中勾选Locked 选项，如图5-3-15 所示。按照同样的方法锁定VCC 线路。图5-3-15 锁定手工布线的VCC 与GND 导线四、手工调整自动布线自动布线产生的线路时常会有
46、一些瑕疵，特别是对一些已有锁定导线的地方自动布线时会产生冗余导线。如图5-3-17 所示。此时需手工PCB 进行调整。图5-3-17 自动布线产生的冗余布线图5-3-18 最后完成布线图步骤4 遮光计数器印制电路板后续处理【任务内容】1.元件标注调整2.PCB 补泪滴3.包地处理4.放置覆铜5.放置文字6.3D 效果演示1元件标注调整在 完 成 的 印 制 板 中，还 需 进 行 一 些 后 续 处 理，其 中 之 一 就 是 对 元 件 标 号 检 查 并 微 调。元 件 标 号一 般 在 元 器 件 布 局 时 就 调 整 好 了，但 是 经 过 布 线 之 后（特 别 是 双 面 板 有
47、 过 孔）可 能 会 有 所 调 整。此时 需 要 对 元 件 标 号 做 微 调。若 图 中 元 件 标 号 都 较 乱，则 可 以 通 过 选 择 相 似 对 象 的 方 式 统 一 修 改 元 件标 号 位 置。其 方 法 为 选 中 标 号，右 键 点 击 选 择 相 似 对 象在Object Kind中 选 择same点 击 确 定在 跳 出 的AutoPosition 中 选 择“Center-Above”选 项。则 所 有 标 号 都 会 按 照 横 向 居 中、纵 向 靠 上 的 方式排列在元件周围。如所示。图5-4-1 所有元件统一修改标号位置图5-4-2 自动排列标号后效果
48、图2 PCB 补泪滴所谓补泪滴，就是在铜膜导线与焊盘或者过孔交接的位置处，特别地将铜膜导线逐渐加宽的一种操作，由于加宽的铜膜导线形状很像是泪滴，因此该操作常被称为“补泪滴”。如图5-4-3所示，是与焊盘连接处的导线在补泪滴前后的变化。图5-4-3 未添加泪滴与添加泪滴比较图5-4-4 泪滴选项对话框3 包地处理电 路 板 设 计 中 抗 干 扰 的 措 施 还 可 以 采 取 包 地 的 办 法，即 用 接 地 的 导 线 将 某 一 网 络 包 住，采 用 接地屏蔽的办法来抵抗外界干扰。网络包地的使用步骤如下：选择需要包地的网络或者导线。从 主 菜 单 中 执 行 命 令 编 辑 选 中 网
49、 络(快 捷 键：ESN)，光 标 将 变 成 十 字 形 状，移 动光 标 一 要 进 行 包 地 的 网 络 处 单 击，选 中 该 网 络。如 果 是 元 件 没 有 定 义 网 络，可 以 执 行 主 菜 单 命 令 选中 连接的铜皮 选中要包地的导线。图5-4-5 包地前后比较4 放置覆铜敷 铜 的 放 置 是PCB 板 设 计 中 的 一 项 重 要 操 作，一 般 在 完 成 了 元 件 布 局 和 布 线 之 后 进 行，把PCB板 上 没 有 放 置 元 件 和 导 线 的 地 方 都 用 铜 膜 来 填 充，以 增 强 电 路 板 工 作 时 的 抗 干 扰 性 能。敷 铜
50、 只 能放 置 在 信 号 层，可 以 连 接 到 网 络，也 可 以 独 立 存 在。与 前 面 所 放 置 的 各 种 图 元 不 同，敷 铜 在 放 置之前需要对即将进行的敷铜进行相关属性的设置。图5-4-6 敷铜属性设置图5-4-7 覆铜效果示意5 放置文字有 时 在 布 好 的 印 刷 板 上 需 要 放 置 相 应 元 件 的 文 字（String）标 注，或 者 电 路 注 释 及 公 司 的 产 品标志等文字。必须注意的是所有的文字都放置在 Silkscreen（丝印层）上图5-4-9 文字属性设置对话框 图5-4-8Altium Designer 的丝印层图5-4-10 添加