第3章 用AltiumDesigner10 进行电路设计 3.印制电路板与Poe 1 rtl概述 随着电子技术的飞速发展和印制电路板加工工艺的不断提高,大规模和超大规模 集成电路的不断涌现,现代电子线路系统已经变得非常复杂。同时,电子产品正在向 小型化发展,力求在更小的空间内实现更复杂的电路,因如此对印制电路板的设计和 制作要求也越来越高。快速、准确地完成电路板设计,对电子线路工作者是一个挑战, 对设计工具提出了更高的要求,因此Cadence、PowerPCB 、Protel等电子线路辅助设计 软件应运而生。由于Protel在国内使用最为广泛,所以本书所有的讲解均使用Altium Designer10 。 用AltiumDesigner10 绘制印制电路板的流程如图3-1所示。简单地讲,印制电路 板的总体设计流程就是先设计出原理图,然后利用画图软件进行修改调整。电路原理 图的作用是表达电路设计方案,以便于更好地进行印制电路板设计,是整个设计流程 的开始。原理图仿真的目的是对已设计的电路原理图可行性进行信号级分析,从而对 印制电路板设计的前期错误和不太满意的地方进行修改。接着生成网络报表,进行布 线来完成印制电路板的设计,同时在印制电路板的设计过程中也可以输出各种报表, 用以记录设计过程中的各种信息。进行信号完整性分析是为设计人员提供一个完整 的信号仿真环境,利用这个工具,设计人员能够分析印制电路板和检查各种设计参数, 测试过冲、下冲、阻抗和信号斜率等参数,以便及时对设计参数进行修改。最后,进行 文件的存储与打印。 图3- 1 电路板绘制流程图 3.原理图设计 原理图设计包含以下步骤:设计图纸大小;设置原理图的设计环境,设置好栅格点 大小、光标类型等参数;放置元件;原理图布线,即连接器件;调整线路;报表输出———生成 各种报表;保存并打印文件。 原理图设计过程如图3-2所示。 79 图3- 2 原理图设计流程 注意:建议先建立好PCB 工程(项目)文件后再进行原理图的绘制工作,原理图文件 需加载到项目文件中且保存到同一文件夹下。两级放大器的电路原理如图3-3所示。 1. 创建PCB 工程(项目文件) 启动ProtelDXP,选中File|New|Proect|PCBProect菜单选项,完成后如图3-4 所示。 jj 2. 保存PCB 项目(工程)文件 选中FieaePojc弹出SvPCB_rjetPjPCB]AS…对话框, l|Svret菜单选项, ae[Poc1.r如 图3-5所示;选择保存路径后在“文件名”栏输入新文件名,将文件保存到所建的文件 夹中。 3. 创建原理图文件 注意:在新建的PCB 项目(工程)下新建原理图文件,在新建的PCB 项目(工程)下选 中File|New|Schematic菜单选项,如图3-6所示。 80 图3- 3 两级放大电路 图3- 4 新建工程图3- 5 保存工程文件 81 图3- 6 新建原理图 4. 保存原理图文件 选中Fie菜单选项,弹出“16 位摇摇棒.对话框,如图3 所示;选择保存路径后在“文件名”栏输入新文件名,将文件保存到自己建立的文件夹中。 le|SavSave[SchDoc]As…” -7 图3- 7 保存原理图文件 5. 设置工作环境 注意:建议初学者保留默认选项,暂时不需要设置,等到具有一定水平后再进行 设置。 选中Design|DocumentOptions菜单选项,在弹出的DocumentOptions对话框中进 行设置。 82 6. 放置元件 注意:在放置元件之前需要加载所需要的库,这些库是由系统库或者自己建立的。 方法1:安装库文件的方式放置。如果知道所需要的元件在哪一个库,则只需要直接 将该库加载,具体加载方法如下:选中Design|Add/Removelibraries…菜单选项,弹出 AvailableLibraries对话框,单击所需的文件,将其安装即可,如图3-8所示。 图3- 8 安装库文件 方法2:搜索元件方式放置。在不知道需要用的元件在哪个库的时,可以采用搜索元 件的方式进行元件放置。具体操作如下:选中Place|Part菜单选项,弹出PlacePart对 话框,如图3-9所示。 图3- 9 放置元器件 83 单击Choose按钮,弹出BrowseLibraries对话框,如图3-10 所示。单击Find按钮, 弹出LibrariesSearch对话框,如图3-11 所示。 图3-10 浏览元器件 图3-11 查找元器件 84 设置完成后,单击Search按钮,弹出如图3-12 所示的BrowseLibraries对话框。 选中所需的元件后单击OK 按钮,弹出PlacePart对话框,如图3-13 所示。 图3-12 查找元器件列表 图3-13 放置元器件 85 此时元件就粘到了鼠标指针上,单击即可放置元件。 方法3:自己建立元件库。具体建库步骤参见3. 3节。 添加元件见方法1,不再赘述。注意,在放置好元件后需要对元件的位置、名字、封 装、序号等进行修改和定义。除元件位之外,其他修改也可以放到布线以后再进行。元件 属性修改方法如下:双击元件,弹出PropertiesforSchematicComponentinShet对话 框,属性修改如图3-14所示。封装修改的过程如下:在图3-15所示Models列表中选中 Footprint并单击,弹出如图3-16所示的BrowseLibraries对话框。 图3-14 元器件属性 7.原理图布线 在放好元件后,即可对原理图进行布线操作。选中Place|Wire菜单选项,此时将 “十”字形的光标放到元件引脚位置并单击,即可进行连线(注意拉线过程不应按住不放), 将导线拉到另一引脚上并单击,即放完一根导线。右击放置完的导线或者按Esc键,结束 放置。Place菜单中的其他操作和Wire类似。具体功能可以查阅相关帮助文件。注意, Place菜单中的工具基本上都要求会用,所以一定要熟练掌握。 8.原理图电气规则检查 选中Project|CompilePCBProject菜单选项;若无错误提示,即通过电器规则检查, 如有错误,则需找到错误位置进行修改调整。注意,建议初学者不要更改,电气检查规则 待熟练后再操作。 86 图3-15 封装修改过程(1) 图3-16 封装修改过程(2) 87 9. 生成网络表 通过编译后,即可进行网络表的生成。选中Design|NetlistforProject|Protel菜单 选项,即可生成网络表。 10. 保存文件 通过File菜单中Save或SaveAs…选项,即可保存文件。 3.原理图库的建立 3 在AltiumDesigner中,并不是所有的元件在库中都能被找到,有一些元件能找到但 与实习元件引脚标号不一致,或者元件库里面的元件的符号大小或者引脚的距离与原理 图不匹配,因此需要对找不到的库或者某些元件重新进行绘制,以完成电路的绘制。 3.3.1 原理图库概述 (1)原理图元件的组成。 ①标识图:标识图用于提示元件功能,不具有电气特性。 ②引脚:引脚是元件的核心,具有电气特性。 (2)建立新原理图元件的方法。 ①在原有的库中编辑修改。 ②自己重新建立库文件 。 本次学习主要以第二种方法为主 。 3.3.2 编辑和建立元件库 1. 编辑元件库 编辑元件库的方法读者可自行查阅相关资料进行操作,也可以在基本掌握该软件的 应用后作为高级工具来进行学习。 2. 自建元件库及其制作元件 自建元件库及其制作元件总体流程如图3-17 所示。 图3-17 元件库建立流程图 88 具体操作步骤如下。 (1)新建原理图元件库。 ①新建:选中File|New|library|Schematic菜单选项,完成后如图3-18 所示。 图3-18 新建原理图库 ②保存:选中Fil|Sve菜单选项;弹出Sve[clb1.cb]As…对话框。选择 eaaShiShLi 保存路径,如图3-19 所示。 图3-19 保存原理图库 (2)为库文件添加元件。单击SCHLibrary面板,此时可以在右边的工作区中绘制元 件;建立第二个以上元件时,选中Tools|NewComponent菜单选项,弹出NewComponent Name对话框,如图3-20 所示。单击“确定”按钮,即可在右边的工作区内绘制元件。 (3)绘制元件外形。库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和多边形等组 成,系统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。要想灵活、快速地绘制出自己所需要的 89 图3-20 添加新元件 元件外形,就必须熟练掌握各种绘图工具的用法。通过Place菜单,可以绘制各种图形。 (4)为元件添加引脚。选中Place|Pin菜单选项,光标变为十字形并带有一个引脚符 号,此时按Tab键,弹出如图3-21 所示的PinProperties对话框,在其中可以修改引脚参 数,移动光标,使引脚符号上远离光标的一端(即非电气热点端)与元件外形的边线对齐, 然后单击,即可放置一个引脚。 图3-21 PinProperties对话框 (5)定义元件属性。绘制好元件后,还需要描述元件的默认标识、描述、PCB 封装等 整体特性。 打开SCHLibrary面板,在元件栏选中某个元件,然后单击Edit按钮,也可以直接双 击某个元件,可以打开元件属性对话框,利用此对话框可以为元件定义各种属性,如 图3-22 所示。 (6)元件报表与错误检查。元件报表中列出了当前元件库中选中的某个元件的详细 信息,例如元件名称、子部件个数、元件组名称以及元件引脚的详细信息等。 元件报表生成方法如下:打开原理图元件库,选元件规则检查报告,在SCHLibrary面 板上选中需要生成元件报表的元件,如图3-23 所示。选中Reports|Component菜单选项。 元件规则检查报告的功能是检查元件库中的元件是否有错,并将有错的元件罗列出 来,告知错误的原因。具体操作方法如下: 90 图3-22 元件属性对话框 图3-23 选择库里面的元器件 91 打开SCHLibrary,选中Reports|ComponentRuleCheck菜单选项,弹出LibraryComponentRuleCheck对话框,在该对话框中设置规则检查属性,如图3-24 所示。 设置完成后单击OK 按钮,生成元件规则检查报告,如图3-25 所示。 图3-24 设计规则检查 图3-25 元器件规则检查 3.创建PCB 元器件封装 4 由于在设计电路时,往往用到新器件和特殊器件,有些器件在Alr的库 中没有办法找到,因此需要手工创建元器件封装。 tiumDesigne 3.4.1 元器件封装概述 元器件封装只是元器件的实际引脚和焊点的位置,纯粹的元器件封装只是空间的概 念,因此不同的元器件可以共用一个封装,同种元器件也可以有不同的元件封装,所以在 画PCB 时,不仅需要知道元器件的名称。图3-26 和图3-27 为双列直插式器件的实物及 封装图,图3-28 和3-29 为表面粘贴式元件实物图和封装图。 元器件封装的编号一般为元器件类型加上焊点距离(焊点数)加上元器件外形尺寸, 可以根据元器件外形编号来判断元器件包装规格。例如,AXAIL0. 4表示此元件的包装 为轴状的,两焊点间的距离为400mil;DIP16 表示双排引脚的元器件封装,两排共16 个引 脚;2/.引脚间距为200mi元器件脚间距离为400mil。 RB.4表示极性电容的器件封装, l, 92 图3-26 双列直插式元器件实物图图3-27 双列直插式元器件封装图 图3-28 表贴式元器件实物图图3-29 表贴式元器件封装图 3.4.2 创建封装库的流程 创建封装库的流程如图3-30 所示。 图3-30 创建封装库的流程 3.4.3 绘制PCB 封装库的操作步骤 1. 手工创建元件库 要求:创建一个如图331 所示的双列直插式8脚元器件封装,脚间距为2.引 脚宽度为7. -54mm, 62mm 。 操作如下:选中File|New|Library|PCBLibrary菜单选项,打开PCB 元器件封装库 编辑器。选中File|SaveAs 菜单选项,在弹出的对话框中将新建立的库命名为MyLib. PcbLib,如图3-32 所示。 93 图3-31 DIP-8封装 图3-32 新建PCB 库过程 94 2. 设置图纸参数 选中Tools|LibraryOptions菜单选项,弹出BoardOpinions[mil]对话框,在其中进 行设置,单击OK 按钮退出,如图3-33 所示。 图3-33 设置图纸参数 建议:初学者不需要设置该参数,保持默认即可。 如果不习惯使用默认单位密尔(mil), 可按Q键将其转换为毫米(mm )。 3. 添加新元件 在新建的库文件中,选中PCBLibrary标签,双击Component列表中的PCB Component_1,弹出PCBLibraryComponent[mil]对话框,在Name 框中输入要建立元 件封装的名称;在Height框中输入元件的实际高度,单击OK 按钮退出,如图3-34 所示。 如果该库中已经存在有元件,则选中Tools|NewBlackComponent,如图3-35 所示。 接着选中PCBLibrary标签,双击Component列表中的PCBComponent1,弹出PCB LibraryComponent[mil]对话框,在Name 框中输入要建立元件封装的名称,(_) 在Height 框中输入元件的实际高度。 4. 放置焊盘 选中Place|Pad菜单选项或者单击绘图工具栏的“焊盘”按钮,此时光标会变成“十” 字形且光标的中间会粘浮着一个焊盘,将其移动到合适的位置(一般将1号焊盘放置在原 点[0,0]上), 单击将其定位,如图3-36 所示。 5. 绘制元件外形 通过工作层面切换到顶层丝印层(TOP-Overlay层), 选中Place|Line菜单选项,此 时光标会变为“十”字形,移动鼠标指针到合适的位置,单击确定元件封装外形轮廓的起 95 图3-34 添加新元件过程 图3-35 新建新元件 点,到一定的位置再单击即可放置一条轮廓,以同样的方法绘制其他的轮廓线。选中 Place|Arc菜单选项,可放置圆弧。绘制完成的效果如图3-37 所示。 6. 设定器件的参考原点 选中Edit|SetReference|Pin1 菜单选项,元器件的参考点一般选择引脚1。 操作提示:在绘制焊盘或者元件外形时,可以不断地重新设定原点的位置以方便画 图。操作如下:选中Edit|SetReference|Location菜单选项,此时移动鼠标到所需要的 新原点处并单击即可。 3.4.4 利用向导创建元件库 在本软件中,提供的元器件封装向导允许用户预先定义设计规则,根据这些规则,元 器件封装库编辑器可以自动生成新的元器件封装。 1. 利用向导创建直插式元件封装 (1)在PCB 元件库编辑器编辑状态下,选中Tools|ComponentWizard菜单选项,弹 出如图3-38 所示的ComponentWizard界面,进入元件库封装向导,如图3-39 所示。 96 图3-36 放置焊盘 图3-37 绘制完成后的元件 97