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1、第7章 印制电路板布局设计 第1页印制电路板布局设计 n在完成网络表导入操作后，元件已经显示在工作窗口中了，此时就能够开始元件布局。元件布局是指将网络表中全部元件放置在PCB板上，是PCB设计关键一步。好布局通常使含有电气连接元件引脚比较靠近，这么能够使走线距离短，占用空间比较小，从而使整个电路板导线能够易于连通，取得更加好布线效果。n电路布局整体要求是整齐、美观、对称、元件密度均匀，这么才能使电路板利用率最高，而且降低电路板制作成本；同时设计者在布局时还要考虑电路机械结构、散热、电磁干扰及未来布线方便性等问题。元件布局有自动布局和交互式布局两种方式，只靠自动布局往往达不到实际要求，通常需要将
2、二者结合以取得良好效果。第2页自动布局规则设置nAltium Designer Summer 09系统PCB编辑器是一个完全规则驱动编辑环境。系统为设计者提供了各种设计规则，涵盖了PCB板设计流程中各个方面，从电气、布局、布线到高频、信号完整性分析等。在详细PCB设计过程中，设计者能够依据产品要求重新定义相关设计规则，也能够使用系统默认规则。假如设计者直接使用设计规则系统默认值而不加任何修改，是有可能完成整个PCB板设计，只是在后续调整中，工作量会很大。所以，在进行PCB板详细设计之前，为了提升设计效率，节约时间和人力，设计者应该依据设计要求，对相关设计规则进行合理设置。第3页自动布局规则设置
3、 n打开规则设置n在Altium Designer Summer 09PCB编辑器中，执行【设计】/【规则】命令，即可打开【PCB规则及约束编辑器】对话窗。也能够在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7-1所表示。n n图7-1 打开【PCB规则及约束编辑器】第4页自动布局规则设置n打开后【PCB规则及约束编辑器】对话窗如图7-2所表示。这个对话窗中包含了许多PCB设计规则和约束条件。n图7-2【PCB规则和约束编辑器】对话窗第5页自动布局规则设置n在【PCB规则和约束编辑器】对话窗左边窗口中，系统列出了所提供10大类设计规则（Des
4、ign 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）、【Hign Speed】（高频电路规则）、【Placement】（布局规则）和【Signal Integrity】（信号完整性分析规则）。在上述每一类规则中，又分别包含若干项详细子规则。设计者能够单击各规则类前面符号进行展开，查看每类中详细详细设计规则。如图中所表示就是【Electrical】大类中【Clearance】子规则
5、设置窗口。第6页自动布局规则设置n进行PCB自动布局之前，设计者应该养成良好规则习惯，首先应对【Placement】（布局规则）进行设置。单击【Placement】前面符号，能够看到需要设置布局子规则有6项，如图7-3所表示。n图7-3【Placement】布局规则中子规则第7页【Room Defination】规则设置n【Room Defination】规则主要用来设置Room空间尺寸以及它在PCB板中所在工作层面。n选中【Room Defination】子规则选项，在子规则选项上单击鼠标右键，出现如图7-4所表示操作菜单，允许设计者增加一个新【Room Defination】子规则，或者删
6、除现有不合理子规则。n图7-4 规则操作菜单第8页【Room Defination】规则设置n在弹出菜单（图7-4）中执行【新规则】命令后，系统会在【Room Defination】子规则中建立一个新规则，同时，【Room Defination】选项前面出现一个，单击符号展开，能够看到已经新建了一个【Room Defination】子规则，单击即可在对话框右边打开如图7-5所表示窗口。图7-5【Room Defination】规则设置第9页【Component Clearance】规则设置n【Component Clearance】规则主要用来设置自动布局时元件封装之间最小间距，即安全间距。n
7、单击【Component Clearance】规则选项下面子规则，即可在对话框右边打开如图7-6所表示窗口。n图7-6【Component Clearance】规则设置第10页【Component Orientations】规则设置n【Component Orientations】规则主要用于设置元件封装在PCB板上放置方向。选中【Component Orientations】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【Component Orientations】选项中建立一个新子规则，单击新建【Component Orientations】子规则即可打开设置窗口，如图7-7所
8、表示。n图7-7【Component Orientations】规则设置第11页【Permitted Layers】规则设置n【Permitted Layers】规则主要用于设置元件封装能够放置工作层面。选中【Permitted Layers】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【Permitted Layers】选项中建立一个新子规则，单击新建子规则即可打开设置窗口，如图7-8所表示。n图7-8【Permitted Layers】规则设置第12页【Nets To Ignore】规则设置n【Nets To Ignore】规则主要用于设置自动布局时能够忽略网络。忽略一些电气网
9、络（如电源网络、地线网络）在一定程度上能够提升自动布局质量和速度。n选中【Nets To Ignore】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【Nets To Ignore】选项中建立一个新子规则，单击新建子规则即可打开设置窗口，如图7-9所表示。该规则【约束】区域内没有任何设置选项，需要约束可直接经过上面规则匹配对象适用范围设置来完成。n图7-9【Nets To Ignore】规则设置第13页【Height】规则设置n【Height】规则主要用于设置元件封装高度范围。在【约束】区域内能够设置元件封装“最小”、“最大”以及“首选”高度，如图7-10所表示。n图7-10【Hei
10、ght】规则设置第14页电路板元件布局n完成了元器件和网络表同时后，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，所以需要先进行合理布局。普通来说，元件布局有两种方式，即自动布局和手工布局。所谓自动布局，是指按照设计者事先定义好设计规则，系统自动地在PCB板上进行元件布局，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板上进行元件布局，包含移动、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意图和实际应用要求，也有利于后面布线操作，但相对效率较低。第15页元件自动布局 n伴随Altium Designer Sum
11、mer 09系统布局规则越来越严格、越来越完善，其自动布局功效即使还没有到达完全实用和完美程度，不过大致上能够完成PCB板元器件总体排放，极大地降低了设计者工作量。第16页元件自动布局 n元器件自动布局n上例中，我们已将原理图相关信息同时到了PCB设计环境中。本例中，来完成元器件自动布局。n在PCB设计环境中执行【工具】/【器件布局】/【自动布局】命令，系统开始依据默认规则进行元器件布局，如图7-11所表示。n图7-11 元器件自动布局第17页元件自动布局n执行【工具】/【器件布局】/【设置推及深度】命令，进行推挤深度设置，如图7-12所表示。n图7-12 设置推挤深度第18页元件自动布局n设
12、置好元器件之间推挤深度，就可对堆放在PCB板左侧“一堆”元器件进行推挤排放了。执行【工具】/【器件布局】/【挤推】命令，系统将按照用户设定推挤深度对元器件进行推进排列，如图7-13所表示。n图7-13 推挤完成后元器件布局第19页元件手动布局n因为自动布局仅仅是以将元件封装放置到PCB板上为目标，因而自动布局之后PCB板显然缺乏一定合理性和美观性，无法让设计者满意，更无法进行下面布线操作。为了制作出高质量PCB板，在自动布局完成后，设计者有必要依据整个PCB板工作特征、工作环境以及一些特殊方面要求，深入进行手工调整。比如，将处理小信号元器件远离大电流器件或晶振等易引发干扰器件，或者，将接口类接
13、插元器件放置在板子周围，以方便插接等等。第20页元件手动布局 n元器件手动布局n对上例中进行了推挤操作后元器件进行手动布局。n在PCB设计环境中，单击鼠标右键，在弹出菜单中执行【选项】/【板层颜色】命令，在打开【视图配置】对话框中关闭没有使用或者不需要工作层，如图7-14所表示。n图7-14 设置工作层面第21页元件手动布局n在图7-13所表示推挤后布局基础上，依据信号流动方向，以及将接口类元器件放置在PCB板边缘标准对元器件进行重新布局。n图7-13 推挤完成后元器件布局第22页元件手动布局n元器件重新布局过程很简单，只需使用鼠标点击需要移动元器件，拖拽到所需位置放手即可。n元器件布局完成后
14、，接下来将每个元器件器件标识符经过拖拽方法放置在靠近元器件适当位置，方便阅读和查找。n经过上述操作后元器件新布局如图7-15所表示。很显然，现在布局已变得合理很多，而且清楚易读。n图7-15 完成手动布局第23页3D效果图n在3D效果图上用户能够看到PCB板实际效果及全貌，并经过3D效果图来察看元件封装是否正确、元件之间安装是否有干涉和是否合理等。总之，在3D效果图上用户能够看到未来PCB板全貌，能够在设计阶段把一些错误更正，从而缩短设计周期并降低成本。所以，3D效果图是一个很好元器件布局分析工具，设计者在今后工作中应该熟练掌握。第24页3D效果图n在PCB设计环境中，执行【察看】/【切换到3
15、维显示】命令，PCB编辑器内工作窗口变为三维仿真图形，如图7-16所表示。生成三维效果图是以“.PCB3D”为后缀名同名文件。还可修改三维效果图显示和打印属性。n图7-16 三维显示效果图第25页3D效果图n在三维效果图工作窗口中执行【工具】/【优先选项】命令，将打开【参数选择】对话框，如图7-19所表示。此时在该对话框左侧树状目录中选择【PCB Editor】/【PCB Legacy3D】目录节点，将打开PCB Editor-PCB Legacy 3D选项页，如图7-20所表示。n 图7-19【参数选择】对话框 图7-20 PCB Editor-PCB Legacy 3D选项页第26页网络密
16、度分析n网络密度分析是利用 Altium Designer Summer 09系统提供密度分析工具，对当前 PCB文件元件放置及其连接情况进行分析。密度分析会生成一个暂时密度指示图(Density Map)，覆盖在原PCB图上面。在图中，绿色部分表示网络密度较低，元件越密集、连线越多区域颜色就会展现一定改变趋势，红色表示网络密度较高区域。密度指示图显示了PCB板布局密度特征，能够作为各区域内布线难度和布通率指示信息。用户依据密度指示图进行对应布局调整，有利于提升自动布线布通率，降低布线难度。n在Altium Designer Summer 09PCB编辑器中，执行【工具】/【密度图】命令，系统
17、自动执行对当前PCB文件密度分析。按End键刷新视图，或者经过单击文件标签切换到其它编辑器视图中，即可恢复到普通PCB文件视图中。n经过3D视图和网络密度分析，我们能够深入对PCB元件布局进行调整。完成上述工作后，就能够进行布线操作了。第27页思索与练习n1、概念题n（1）元件布局有哪两种方式？各有什么优缺点？n（2）简述元器件自动布局方法。n（3）简述元器件手动布局方法。n（4）简述3D效果图操作方法。n2、操作题n（1）打开一个现有PCB文件，练习设置布局规则。n（2）对第3章操作题中所绘制LT1568芯片应用电路原理图进行PCB布局设计，自动布局和手动布局等。第28页图3-47 LT1568电路原理图第29页