第5章PCB设计流程

电路原理图设计的最终目的是生产满足需要的PCB(印制电路板)。利用Altium Designer 21软件可以非常轻松地从原理图设计转入PCB设计。Altium Designer 21为用户提供了一个完整的PCB设计环境，既可以进行人工设计，也可以全自动设计，设计结果可以多种形式输出。
PCB布线是整个PCB设计中最重要、最耗时的一个环节，可以说前面的工作都是为它而准备的。在整个PCB设计中，熟悉PCB设计流程是很有必要的。
本章内容将结合实战项目的设计来介绍PCB设计的常规流程，让读者熟悉Altium Designer 21软件的PCB设计流程，这对于缩短产品的开发周期、增强产品的竞争力和节省研发经费等方面都具有重要意义。
学习目标：  
 熟悉PCB常用系统参数的设置。
 熟悉PCB常规操作。
 掌握PCB常用规则设置。
 掌握PCB布局布线方法及操作技巧。





5.1PCB常用系统参数设置
打开Altium Designer 21，单击菜单栏右侧的“设置系统参数”按钮，打开“优选项”对话框，选择PCB Editor选项卡下的General子选项卡，按照图51所示进行参数设置。


图51General子选项卡


5.1.1General参数设置
General子选项卡，提供了许多与PCB编辑器的常规设置有关的控件。
常用参数说明如下。

1. 编辑选项
(1) 在线DRC： 勾选该复选框，在手工布线和调整工程中实时进行DRC检查，并在第一时间对违反设计规则的错误给出报警，实时检测用户设计的规范性。
(2) 捕捉到中心点： 勾选该复选框，用光标选择某个元件时，光标自动跳到该元件已定义的中心点，又称基准点。
(3) 移除复制品： 勾选该复选框，当系统准备数据输出时，可以检查和删除重复对象。当输出到打印设备时，可勾选此复选框。
(4) 确认全局编译： 勾选该复选框，允许在提交全局编辑之前出现确认对话框，包括提示将被编辑对象的数量。如果禁用该选项，只要单击全局编辑对话框中的“确定”按钮，就可以进行全局编辑更改。
(5) 单击清除选项： 勾选该复选框，在PCB编辑区任意空白位置单击，即可自动解除对象的选中状态。


(6) 点击Shift选中： 勾选该复选框，需在按下Shift键时才能选中PCB界面的设计对象，设计对象的指定由右侧的“元素”按钮规定。
(7) 智能TrackEnds： 勾选该复选框，将重新计算网络拓扑距离，即当前布线光标到终点的距离而不是网络最短距离。
(8) 双击运行交互式属性： 勾选该复选框，可在双击设计对象时禁用属性对话框； 反之，可在双击对象时弹出相应的属性对话框，即还原旧版本双击对象时的模式。
2. 其他
(1) 旋转步进： 用于设置旋转角度。在放置组件时，按一次空格键可改变组件的放置角度，这个角度可任意设置，最小角分辨率为0.001°，系统默认值是90°。
(2) 光标类型： 光标有3种表现样式，即Small 45、Small 90、Large 90。推荐使用Large 90的光标，便于布局布线时进行对齐操作。
3. 铺铜重建
勾选“铺铜修改后自动重铺”和“在编辑过后重新铺铜”复选框，以便直接对铜皮进行修改，或者铜皮被移动时，软件可以根据设置自动调整以避开障碍。未选中此复选框时，铜皮修改之后如图52所示，还需要用户手动更新铜皮。


图52铜皮未自动更新



4. 文件格式修改报告
勾选“禁用打开新版本/旧版本报告”复选框，每次打开文件时就不会创建修改报告的提示。
5.1.2Display参数设置
切换到Display子选项卡，这里提供了许多与PCB工作区中显示功能相关的控件。可按照图53所示进行参数设置。


图53Display子选项卡


5.1.3Board Insight Display参数设置
切换到Board Insight Display子选项卡，可用于设置PCB工作区中板细节特征功能，常用设置如图54所示。


图54Board Insight Display子选项卡


常用参数说明如下：
1. 焊盘与过孔显示选项
应用智能显示颜色： 勾选该复选框，软件会自动控制焊盘的显示字体特征和过孔细节。建议用户保持默认设置即可。
2. 可用的单层模式
用于设置单层显示的模式。
(1) 隐藏其他层： 勾选该复选框，在单层模式下仅显示当前层，其他层将被隐藏。
(2) 其他层变灰： 勾选该复选框，在单层模式下当前层将被高亮显示，其他层上的所有对象均以灰度显示。
(3) 其他层单色： 勾选该复选框，在单层模式下当前层将被高亮显示，其他层上的所有对象均以相同的灰色阴影显示。
在PCB编辑区黑色背景的情况下，“其他层变灰”和“其他层单色”的表现形式类似，故只勾选其中一项即可。
3. 实时高亮
(1) 使能的： 勾选该复选框，鼠标光标悬停在网络上时，可以高亮显示该网络。
(2) 仅换键时实时高亮： 若勾选该复选框，实时高亮功能仅在按下Shift键时才能实现，不建议勾选此复选框。
(3) 外形颜色： 执行高亮操作时，高亮对象外围轮廓的显示颜色。
4. 显示对象已锁定的结构
用于切换锁定纹理的可见性，用户可以轻松区分锁定对象和非锁定对象。
(1) 从不： 选中该单选按钮，以从不显示锁定对象的锁定纹理。
(2) 总是： 选中该单选按钮，可始终显示锁定对象的锁定纹理(如图55所示的“钥匙”图样)。
(3) 仅当实时高亮： 选中该单选按钮，仅在光标经过时实时突出锁定对象的锁定纹理。


图55锁定纹理


5.1.4Board Insight Modes参数设置
切换到Board Insight Modes子选项卡，用于设置板细节功能。可按照图56所示进行参数设置，基本保持软件默认值。
显示抬头信息： 网格坐标、图层、尺寸和动作等显示的信息，可以在PCB编辑区左上角看到。可在此取消勾选此复选框，或在PCB界面按快捷键Shift+H切换打开/关闭状态。


图56Board Insight Modes子选项卡


5.1.5Board Insight Color Overrides参数设置
切换到Board Insight Color Overrides子选项卡，用于设置网络颜色覆盖的显示功能。可按照图57所示进行参数设置。


图57Board Insight Color Overrides子选项卡


常用参数说明如下。
1. 基础样式
显示网络颜色的基本图案，可选的样式有无(层颜色)、实心(覆盖颜色)、星、棋盘、圆环和条纹，推荐使用实心(覆盖颜色)样式，不同显示效果如图58所示。


图58不同图案的显示效果



2. 缩小行为
该选项组用于设置页面缩小时网络的显示方式。
(1) 基础样式： 选中该单选按钮，在页面放大或缩小时，都显示相应网络颜色和基本图案。
(2) 层颜色主导： 选中该单选按钮，可使指定的图层颜色为主导。即用户在放大页面时，显示相应网络颜色的基本图案； 在缩小页面时，将显示层颜色，不会再显示网络颜色的基本图案。
(3) 覆盖色主导： 选中该单选按钮，可使分配的网络覆盖颜色为主导。用户在放大页面时会看到相应颜色的基本图案，缩小页面后只能看到相应的网络颜色。
提示： 当基础样式选择“实心(覆盖颜色)”时，缩小行为选“基础样式”和“覆盖色主导”的显示效果一致。
5.1.6DRC Violations Display参数设置
切换到DRC Violations Display子选项卡，用于设置DRC违规的视觉显示功能，即在布局布线过程中，出现违规报错时的视觉警告显示。建议按照图59所示进行参数设置。


图59DRC Violations Display子选项卡



“冲突Overlay样式”与“Overlay缩小行为”参数说明与Board Insight Color Overrides的相关参数类似。
默认情况下，所有规则类型都启用了“冲突细节”显示选项，并且仅对Clearance、Width和Component Clearance规则启用了“冲突Overlay”显示选项。
将“冲突细节”与“冲突Overlay”两种显示类型一起使用将很有用。缩小页面后可以标记存在违规的地方，放大可查看违规处的详细信息。图510所示为两种显示效果下的违规信息。


图510两种显示类型共同作用


5.1.7Interactive Routing参数设置
切换到Interactive Routing子选项卡，进行PCB布线功能的设置，可按照图511所示进行参数设置。


图511Interactive Routing子选项卡


常用参数说明如下：
1. 布线冲突方案
(1) 忽略障碍： 勾选此复选框，可在布线时允许线路穿过障碍物，穿越障碍的同时并显示违规报错。
(2) 推挤障碍： 勾选此复选框，可在布线时将现有线路推挤开，以便让出空间给新的线路。若勾选下面的“允许过孔推挤”复选框，还可以推动过孔以让路给新布线。
(3) 绕开障碍： 勾选此复选框，让布线绕过现有的线路、焊盘和过孔。
(4) 在遇到第一个障碍时停止： 勾选此复选框，可使交互布线在其路径中遇到第一个障碍时停止布线。
(5) 紧贴并推挤障碍： 勾选此复选框，可在布线时尽可能紧贴着现有的走线、焊盘和过孔，并在必要时推挤障碍物以继续布线。
(6) 当前模式： 表示PCB编辑界面正在使用的布线模式。
在PCB编辑界面下，用户可在布线过程中按快捷键Shift+R，在已勾选模式之间进行模式切换。
2. 交互式布线选项
(1) 自动终止布线： 勾选此复选框，当走线连接到目标焊盘时，布线工具不会从目标焊盘继续运行，而是会重置。
(2) 自动移除闭合回路： 勾选此复选框，可自动删除在布线过程中出现的任何冗余环路，即在重新布线时，不需要手动删除原有的线路。禁用此选项的显示效果如图512所示。


图512闭合回路不会自动移除


(3) 允许过孔推挤： 勾选此复选框，可在推挤布线时，将已放好的过孔移开，以便新的线路连接。
(4) 显示间距边界： 进行交互布线时，现有对象(线路或焊盘、过孔等)和当前间距规则定义的禁行间隙区域将显示为阴影多边形，以指示用户有多少空间可用于布线，如图513所示。值得注意的是，间距边界的显示在除忽略障碍以外的所有布线模式中均可用。


图513间距边界的显示


(5) 减小间距显示区域： 默认情况下，将显示PCB编辑区所有间隙边界，用户可通过启用此选项，以仅查看布线处局部观察范围内的边界，减小间隙显示区域。
3. 拖拽
(1) 单击“拖拽时保留角度”中的“避免障碍(捕捉栅格)”单选按钮，软件将在保留角度的同时尝试避开障碍物。
(2) 取消选择过孔/导线： 将拖动未选择的过孔或线路的默认行为设置为Move或Drag动作。例如，将此项设置为Drag，则在不选择过孔的情况下，拖拽过孔，布线也一起移动。
(3) 选择过孔/导线： 将拖动选择的过孔或线路的默认行为设置为Move或Drag动作。例如，将此项设置为Drag，则在选中过孔情况下，过孔拖拽布线一起移动。
(4) 元件推挤： 用于设置移动元件时的冲突模式，可按快捷键R进行切换。
 Ignore： 默认行为，可在移动元件时忽略与其他元件的冲突。在这种模式下，使用3D体(如果有)或铜和丝印图元来标识对象的间距。
 Push： 元件会将其他元件推开，以满足元件之间的安全间距。在这种模式下，元件通过其选择边界进行标识，该选择边界是将元件中所有图元包围起来的最小可能的矩形(即单击元件时出现的白色阴影区域)。锁定的元件无法推动。
 Avoid： 元件将被迫避免违反与其他元件的安全间距。在这种模式下，元件通过其选择边界进行标识。
(5) 元件重新布线： 已连接的器件移动后，系统会尝试重新连接该器件。移动器件的过程中按快捷键Shift+R可切换。
4. 交互式布线宽度来源
线宽模式： 用于选择交互式布线的线宽模式。
 User Choice： 启用此模式后，宽度由Choose Width对话框中选择的宽度确定，可通过在布线时按快捷键Shift+W进行切换。
 Rule Minimum： 布线时优先使用线宽规则的最小宽度。
 Rule Preferred： 布线时优先使用线宽规则的首选宽度。
 Rule Maximum： 布线时优先使用线宽规则的最大宽度。
5. 偏好
单击“偏好的交互式布线宽度”按钮，在弹出的“偏好的交互式布线宽度”对话框中可以对交互式布线宽度进行添加、删除和编辑操作，如图514所示。在交互式布线状态下，用户可以直接按快捷键Shift+W来调用布线宽度。


图514“偏好的交互式布线宽度”对话框


6.  General
推荐配置如下：
(1) Routing Gloss Effort(布线光泽度)： 改变走线光泽度，软件会自动仔细分析选定的路线，减少弯道数量，并消除和缩短弯道。包含Off(禁用)、Weak(弱)、Strong(强)3种设置，可使用快捷键Ctrl+Shift+G在设置之间循环转换。
(2) Hugging Style(环绕样式)： 用于控制布线时如何管理拐角形状，将会影响正在拖动的线路以及被推开的线路。包含以下3种模式：
 Mixed(混合)： 当正被移动/推开的对象是直的时，使用直线段； 当正被移动/推开的对象是弯的时，使用圆弧。
 Rounded(圆角)： 在移动/推动操作中涉及的每个顶点处都使用圆弧。使用此模式进行蛇形布线，并在修线时(在交互式布线和手动修线过程中)使用弧线+任意角度布线。
 45 Degree(45°角)： 在拖动线路过程中，始终使用直正交/对角线线段来创建转角。
注意： 在拖动走线过程中，按Shift+空格键可在3种模式之间切换。
(3) Minimum Arc Ratio(最小弧率)： 定义了允许放置的最小圆弧半径，其中，最小圆弧半径=最小弧率×圆弧宽度。若将其设置为0，则拐角始终保持圆弧。
(4) Miter Ratio(斜接比率)： 使用斜接比率控制最小转角紧密性，可输入等于或大于零的正值。斜接比率×当前线宽=该比率布线的最小U形壁之间的距离，如图515所示。


图515斜接比率×当前线宽=该比率布线的最小U形壁之间的距离


(5) Pad Entry Stability(焊盘入口稳定性)： 用于约束走线连接到焊盘时的位置(如图516所示)。可输入0~10的数值，0代表走线从焊盘任意位置出线； 10代表走线只允许从焊盘中心或对角出线； 数值越大，约束力就越强，建议输入5以上的数值。


图516Pad Entry Stability不同数值的出线位置


5.1.8Defaults参数设置
Defaults子选项卡提供了许多与PCB工作区中默认设置有关的控件，用户可在此选项卡对设计对象进行默认设置，在设计过程中调用某个对象时，将会使用此处的设置。例如图517中Via的孔径设置为10/20mil，那么之后的PCB设计中，默认放置的过孔尺寸为10/20mil(除非用户之后通过规则或按Tab键进行改变)。


图517Defaults子选项卡


建议用户对Track(导线)、Via(过孔)、Pad(焊盘)、Polygon(铜皮)等常用参数进行默认设置。
其他附加控制参数说明如下：
(1) Save As： 单击此按钮将当前默认对象属性保存到自定义属性文件(*.dft)，如图518所示。


图518保存属性文件


(2) Load： 单击此按钮加载先前保存的默认对象的属性文件(*.dft)，如图519所示。


图519加载属性文件

(3) Reset All： 单击此按钮以将所有对象的属性重置为系统默认值。
(4) Permanent： 如果勾选此复选框，则在放置编辑对象的属性时，其默认属性将被锁定，不能更改。如果取消勾选此复选框，则在放置编辑对象时，按Tab键可以打开Properties面板更改编辑对象的默认属性。
5.1.9Layer Colors参数设置
切换到Layer Colors子选项卡，用于更改所有支持的板层、以2D模式查看板相关的系统对象所用的颜色，便于用户快速识别不同的层，如图520所示。用户在PCB设计过程中也可按快捷键L打开“层与颜色管理器”更改。


图520Layer Colors子选项卡


5.2PCB筛选功能
Altium Designer 21在PCB Properties(PCB属性)面板中采用了全新的对象过滤器，如图521所示。使用该过滤器，用户可以筛选出想要在PCB中供选择的对象。单击下拉列表中的对象，没有被使能的对象将被筛选出来，在PCB中将不会被用户选中。


图521过滤器工具


例如按图522所示设置，表示器件和走线不能被选择。


图522使用过滤器


提示： 筛选功能与锁定功能具有本质区别，锁定是将对象进行锁定，但双击锁定对象依然可以选择； 筛选则是不允许用户进行选择(未使能的对象)。
5.3同步电路原理图数据
原理图的信息可以通过更新或导入原理图设计数据的方式完成与PCB之间的同步。在进行设计数据同步之前，需要装载元件的封装库及对同步比较器的比较规则进行设置。
完成同步规则的设置后，即可进行设计数据的导入工作。在此将图523所示的原理图设计数据导入当前的PCB文件中，该原理图是前面原理图设计时绘制的Lenardo开发板，文件名为Lenardo.SchDoc。


图523原理图文件

原理图更新到PCB的步骤如下：
(1) 执行菜单栏中的“设计”→Update PCB Document PCB1.PCBDoc命令(此命令需在打开整个工程文件下才显示)，系统将对原理图和PCB板图的设计数据进行比较并弹出一个“工程变更指令”对话框，如图524所示。


图524“工程变更指令”对话框


(2) 单击“执行变更”按钮，系统将完成设计数据的导入，同时在每一项的“状态”栏显示标记提示导入成功，如图525所示。若出现标记，表示存在错误，需找到错误并进行修改，然后重新进行更新。


图525执行变更


(3) 单击“关闭”按钮，关闭“工程变更指令”对话框，即可完成原理图与PCB之间的同步更新，如图526所示。


图526原理图与PCB的同步更新


5.4定义板框及板框原点设置
5.4.1自定义板框

如果设计项目的板框是简单的矩形或者规则的多边形，则直接在PCB中绘制即可。PCB板框在机械层内定义。下面以板框放置在Mechanical 1层为例，详细介绍板框的绘制。
(1) 先切换到Mechanical 1层，然后执行菜单栏中的“放置”→“线条”命令，在PCB编辑界面绘制需要的板框形状，如图527所示。


图527手工绘制板框


(2) 选中绘制的板框线，注意必须是一个闭合的区域，否则定义不了板框。执行菜单栏中的“设计”→“板子形状”→“按照选择对象定义”命令，或者按快捷键D+S+D，即可完成板框的定义。定义板框后的效果如图528所示。


图528手工绘制板框效果


5.4.2从CAD里导入板框
很多项目的板框结构外形都是不规则的，手工绘制板框的复杂度比较高，这时就可以选择导入CAD结构工程师绘制的板框数据文件，例如.DWG或者.DXF格式文件，进行导入板框结构定义。
导入之前最好将结构文件转换为较低的版本，确保Altium Designer 21软件能正确导入。
导入CAD板框文件的步骤如下： 
(1) 新建一个PCB文件，然后将其打开，执行菜单栏中的“文件”→“导入”→DWG/DXF命令，选择需要导入的DXF文件，如图529所示。


图529选择DXF文件



(2) 导入属性设置。
① 在“比例”选项组中设置导入单位(须和CAD单位保持一致，否则导入的板框尺寸不对)，用户可通过Size参数进行大致判断。
② 选择需要导入的层参数(为了简化导入操作，“PCB层”这一项可以保持默认，成功导入之后在PCB中更改)，如图530所示。


图530DXF文件导入设置



(3) DXF文件导入的板框如图531所示，选择需要重新定义的闭合板框线，执行菜单栏中的“设计”→“板子形状”→“按照选择对象定义”命令，或者按快捷键D+S+D，即可完成板框的定义。


图531DXF文件导入的板框


5.4.3板框原点的设置
在PCB行业中，对于矩形的板框一般把坐标原点定在板框的左下角。设置方法： 执行菜单栏中的“编辑”→“原点”→“设置”命令，将坐标原点设置在板框左下角即可，如图532所示。


图532设置坐标原点

5.4.4定位孔的设置
定位孔是放置在PCB上用于定位的，有时也作为安装孔。Altium中放置定位孔的方法有以下两种：
(1) 放置焊盘充当定位孔，建议用户使用此方式。
① 修改焊盘尺寸等参数，孔壁也可以根据需要选择是否设置为金属化。
② 修改焊盘的参数如图533所示。


图533设置焊盘参数




图534定位孔的效果


得到的定位孔的效果如图534所示。
(2) 在板框层绘制，一般为机械1层。若用户用其他机械层绘制板框，则到该机械层绘制即可。
① 在板框层绘制与定位孔大小一致的圆形，摆放位置与定位孔位置一致。执行菜单栏中的“放置”→“圆弧”→“圆”命令，其参数设置如图535所示。


图535圆的参数设置



② 选择该圆形，执行菜单栏中的“工具”→“转换”→“以选中的元素创建板切割槽”命令，或按快捷键T+V+B创建板槽，显示效果如图536所示。值得注意的是，这一步操作仅用于3D模式下查看3D效果，对实际生产并无作用。用户在设计过程中，不能仅以此设置定位孔。


图536孔的效果



5.5层的相关设置
5.5.1层的显示与隐藏

在制作多层板时，经常需要只看某一层，或者把其他层隐藏，这种情况就要用到层的显示与隐藏功能。
按快捷键L，打开View Configuration面板，单击层名称前面的图标，即可设置层的显示与隐藏，如图537所示。可以针对单层或多层进行显示与隐藏设置。


图537层的显示与隐藏


5.5.2层颜色设置
为了便于层的快速识别，可以对不同的层设置不同的颜色。按快捷键L，打开View Configuration面板，单击层名称前面的颜色图标即可设置层的颜色，如图538所示。


图538层的颜色设置

在View Configuration面板中的System Colors选项卡，可配置系统特殊显示功能的颜色和可见性，设置如图539所示。


图539系统颜色设置



常见的功能颜色如下： 
 Connection Lines： 默认的飞线颜色设置。
 Selection/Highlight： 选中或高亮对象时，对象显示的颜色。
 DRC Error/Waived DRC Error Markers： 规则报错的颜色。
 Board Line/Area： PCB板框的背景色。
5.5.3设计对象的显示与隐藏
(1) 在设计过程中，有时为了更好地识别和操作，会选择关闭走线或铜皮等对象。Altium Designer 21针对设计对象的可见性设置同样是在View Configuration面板中的View Options子选项卡(在PCB编辑区可按快捷键Ctrl+D打开)中进行的，如图540所示。


图540View Options子选项卡


(2) 3D对象可见性： 仅在3D模式下可用，用于在3D布局模式下控制电路板的显示。在3D模式下按快捷键Ctrl+D打开，如图541所示。


图5413D模式的View Options选项卡


① Board thickness(Scale)： 厚度(比例)，控制3D视图的垂直比例，以使其更容易区分层。
② Colors： 具有两种颜色模式： 一种为Realistic(实际的)，使用逼真的颜色渲染3D板； 另一种为By Layer(跟随层)，以使用当前2D图层颜色分配显示3D视图。
(3) 遮蔽和暗淡设置： 在简单的PCB设计中可能存在对大量对象的显示，为了帮助管理，PCB编辑器能够淡化不需要的对象，如图542所示。


图542Mask and Dim Settings选项卡


在PCB面板Nets模式下单击某个网络，并且面板下拉菜单设置为Dim或Mask，如图543所示，则所有不属于该网络的对象都会淡化。用户可以更轻松地将注意力集中在特定的设计元素上，例如网络或网络类等。按快捷键Shift+C可清除相关的遮蔽或暗淡设置。


图543网络对象的淡化设置


① Dimmed Objects： 使用Dim时，已选择的网络会被突显，未被选中的网络对象保留颜色，但颜色已被淡化。使用此滑块可配置淡化的程度，滑块越往左，淡化程度越明显，到最左端时，未选中的对象将被隐藏，只在光标经过时显示。
② Masked Objects： 使用Mask时，已选择的网络会被突显，未被选中的网络对象将变暗，使用此滑块可配置暗度，滑块越往左，暗度越明显。
(4) Additional Options： 附加选项，用于对焊盘或过孔的网络名称显示及颜色设置等附加选项的控制，如图544所示。


图544Additional Options选项卡


常用的选项说明如下：
 Pad/Via Nets： 焊盘/过孔网络名称，选择将显示(过孔网络只有放大到一定程度才能显示出来)，未选择则被隐藏，焊盘/过孔网络可见性对比如图545所示。



图545焊盘/过孔网络可见性对比


 Pad Numbers： 焊盘管脚标号，同样只有放大到一定程度才能看清，焊盘管脚标号可见性对比如图546所示。


图546焊盘管脚标号可见性对比


 F5 Net Color Override： F5网络颜色覆盖，在设置网络颜色之后，可按F5键进行颜色覆盖，对区分信号有很大的帮助。





5.6常用规则设置
在进行PCB设计前，首先应进行设计规则设置，以约束PCB元件布局或PCB布线行为，确保PCB设计和制造的连贯性、可行性。PCB设计规则如同道路交通规则一样，只有遵守已制定好的交通规则，才能保证交通的畅通而不发生事故。在PCB设计中，这种规则是由设计人员自己制定的，并且可以根据设计的需要随时修改，只要在合理的范围内就行。规则的设置实质就是明确受约束的对象。
在PCB设计环境中，执行菜单栏中的“设计”→Rules命令，打开“PCB规则及约束编辑器”对话框，如图547所示。左边为树状结构的设计规则列表，软件将设计规则分为以下十大类。


图547“PCB规则及约束编辑器”对话框


 Electrical： 电气类规则。
 Routing： 布线类规则。
 SMT： 表面封装规则。
 Mask： 掩膜类规则。
 Plane： 平面类规则。
 Testpoint： 测试点规则。
 Manufacturing： 制造类规则。
 High Speed： 高速规则。
 Placement： 布置规则。
 Signal Integrity： 信号完整性规则。
在每类的设计规则下，又有不同用途的设计规则，规则内容显示在左边的编辑框中，设计人员可以根据规则编辑框的提示完成规则的设置。关于Altium Designer 21规则的详细介绍，用户可以到Altium Designer官方网站了解。下面介绍PCB设计经常用到的一些规则设置。
5.6.1Electrical之Clearance
Clearance(安全间距)规则用于设定两个电气对象之间的最小安全距离，若在PCB设计区内放置的两个电气对象的间距小于此设计规则规定的间距，则该位置将报错，表示违反了设计规则。
在左侧设计规则列表中选择Electrical→Clearance后，在右侧的编辑区中设计人员即可进行安全间距规则设置，如图548所示，设置的是所有不同网络设计对象之间的安全间距。具体操作步骤如下： 


图548Clearance规则编辑对话框


(1) 设置主要检索标签，软件会自动赋予，保持默认即可。
(2) 进行适用对象设置。
① 在Where The First Object Matches下拉列表框中选取首个匹配电气对象。
 All： 表示所有部件适用。
 Net： 针对单个网络。
 Net Class： 针对所设置的网络类。
 Net and Layer： 针对网络与层。
 Custom Query： 自定义查询。
② 在Where The Second Object Matches下拉列表框中选取第二个匹配电气对象。
(3) 设置好匹配电气对象后，用户在“约束”选项组中设置所需的安全间距值即可。
5.6.2Electrical之ShortCircuit
ShortCircuit(短路)规则用于检测线路是否短路，当两个具有不同网络名称的设计对象接触时，就会出现短路。规则设置如图549所示(软件默认不勾选，即不允许短路)。


图549短路规则


5.6.3Electrical之UnRoutedNet
UnRoutedNet(开路)规则用于检测线路是否开路，当两个相同网络名称的设计对象未连接时，就会出现未连接报错，在未连接位置也能看到飞线。规则设置如图550所示。


图550开路规则


5.6.4Electrical之Creepage Distance
在高电压电路中，PCB的组件组装密度越来越大，而板子的面积却越来越小，在设计过程中就需要考虑漏电流的问题。漏电流会在PCB的表面传输，给PCB板带来不可控的后果，严重的可以使系统死机。
Altium Designer 21的Creepage Distance(爬电间距)规则，用于验证对象沿PCB表面的最小(爬电)距离，检查绕过板槽的表面距离，对于高压设计来说非常有用。
(1) 进行规则设置之前，首先要分清PCB间距(Clearance)和爬电距离(Creepage Distance)的区别，如图551所示。


图551Clearance和Creepage Distance的区别


 PCB间距(Clearance)： 通过空气测量的两个导电对象之间或导电部件和设备的边界表面之间的最短路径，即设计中常用的间距。
 爬电距离(Creepage Distance)： 通过沿着绝缘材料表面测量的两个导电对象之间的最短路径。
(2) 设置规则。分别设置好两个适用对象和爬电距离即可，例如设置+3V3和+5V网络的爬电距离为5mm。设置完成后，进行DRC检查，如图552所示，两个网络焊盘较近，爬电距离不满足设计规则而报错。


图552Creepage Distance规则设置与报错标识


(3) 增加爬电距离。在设计中若出现爬电间距不足的情况，一般通过以下3种开槽的方式解决，如图553所示。


图553不同开槽情况


 图553(a)表示平坦表面上的正常状态。爬电距离是在节点之间的表面上测量的。
 图553(b)表示V形槽可以增加节点之间的表面距离，增加的长度仅沿着凹槽测量到其减小到1mm宽度的点。
 图553(c)表示矩形凹槽可以进一步增加表面距离，但是宽度必须为1mm或更大。这样的凹槽比V形槽的加工成本更高。
 图553(d)表示PCB上开通槽(大于1mm宽度的槽)可以大大增加表面距离。这是增加爬电距离最具成本效益、最简单的方法。然而，它在一个方向上需要相当大的自由空间。
5.6.5Routing之Width
Width(线宽)设计规则的功能是设定布线时的线宽，以便于自动布线或手工布线时线宽的选取、约束。设计人员可以在软件默认的线宽设计规则中修改约束值，也可以新建多个线宽设计规则，以针对不同的网络或板层规定其线宽。在左边设计规则列表中选择Routing→Width后，在右边的编辑区中即可进行线宽规则设置，如图554所示，设置了整板的线宽大小为10~40mil。


图554Width规则设置


在“约束”选项组中，导线的宽度有3个值可供设置，分别为最大宽度、首选宽度、最小宽度。宽度的默认值为10mil，可单击相应的选项，直接输入数值进行更改。
5.6.6Routing之Routing Via Style
Routing Via Style(布线过孔样式)设计规则的作用是设定布线时过孔的尺寸、样式。在左侧设计规则列表中选择Routing→Routing Via Style后，在右侧编辑区的“约束”选项组中要分别对过孔的内径、外径进行设置，如图555所示。其中，“过孔孔径大小”栏用于设置过孔内环的直径范围，“过孔直径”栏用于设置过孔外环的直径范围。


图555Routing Via Style规则设置


5.6.7Routing之Differential Pairs Routing
Differential Pairs Routing(差分对布线)规则是针对高速板差分对的设计规范。因为差分对走线具有等距、等长并且相互耦合的特点，可以大大提高传输信号的质量，所以在高速信号传输中一般建议采用差分对走线的方式进行走线。在左侧设计规则列表中选择Routing→Differential Pairs Routing后，在右侧编辑区中即可对差分对走线的规则进行设置，如图556所示。


图556差分对布线规则设置


5.6.8Plane之Polygon Connect Style
Polygon Connect Style(铺铜连接样式)规则下包含Polygon Connect规则，该规则的功能是设定铺铜与焊盘或铺铜与过孔的连接样式，并且该连接样式必须是针对同一网络部件。在左侧设计规则列表中选择Plane→Polygon Connect Style→Polygon Connect后，在右侧编辑区中即可对铺铜连接样式进行设置，如图557所示。


图557不同样式的铺铜连接


在“约束”选项组的“连接方式”下拉列表框中，有3种连接方式可供选择。
 Relief Connect： 突起连接方式，即采用放射状的连接。通过“导体”选项选择与铜皮的连接导线数量，通过“导体宽度”选项设置连接导线的宽度，通过“空气间隙宽度”选项设置间隔的宽度。
 Direct Connect： 直接连接方式(又称全连接)，设定铜皮与过孔或焊盘全部连接在一起。
 No Connect： 无连接，表示不连接。
建议用户在设计中过孔使用Direct Connect，元件焊盘(贴片+直插)使用Relief Connect，特别是接地焊盘。Relief Connect可以减少与铜皮的大面积接触，减慢散热速度，方便焊接； 而使用Direct Connect容易因导热过快，导致不易焊接或虚焊。
5.6.9规则优先级
Altium允许在同一规则项目下设置多条规则，比如线宽，可设置适用于整板的线宽，也可设置针对关键信号或者电源等信号的线宽规则。那么，在这些规则中，软件在检查时应以哪个规则为准，Altiun为此提供了规则优先级，以便用户根据实际需要调整，实现灵活多样的规则约束。
规则优先级的调整如下： 
(1) 在相同类目下的规则，以线宽规则为例，其优先级通过单击“PCB规则及约束编辑器”对话框下方的“优先级”按钮，在打开的“编辑规则优先级”对话框中设置。
如图558所示，可通过选中规则，然后单击“增加优先级”按钮或“降低优先级”按钮进行优先级的调整。同时可看出，优先级为1的是最高优先级； 若取消勾选“使能的”复选框，该规则将无效。软件默认每一次新增的规则将自动成为最高优先级。


图558相同规则优先级设置


提示： 建议用户将全局规则(即约束对象都为All)始终设置为最低优先级，受约束范围最小的，可以设置成最高级。
(2) 不同类目的规则优先级，可直接在“PCB规则及约束编辑器”对话框中进行设置，如图559所示。软件默认所有规则的优先级为同一等级，建议保存默认即可。


图559所有规则优先级设置



5.6.10规则的导入与导出
在PCB设计中，长期的经验和不断的改进过程中，用户会总结出了一套非常好的设计经验。这些设计经验都体现在思虑周全、设置合理的设计规则之中。这些规则设置对于将来类似的PCB设计有很强的借鉴意义。
Altium Designer 21为用户提供规则的导入与导出，成功应用的设计规则可以作为文件导出保存，并在新的设计中全盘复制，导入进来。


图560规则的导出



设计规则里面每一条规则设置都可以导入与导出到规则设置页面(PCB Rules and Constraints Editor dialog)。用户可以在不同的设计项目之间保存并装载喜欢的优秀设计规则，
PCB设计规则的导出与导入的详细步骤如下：
(1) 打开PCB规则及约束编辑器，在左侧规则项区域右击，执行Export Rules…命令，如图560所示。
(2) 在弹出的对话框中选择需要导出的规则项，一般选择全部导出，按快捷键Ctrl+A全选，如图561所示。


图561选择需要导出的规则


(3) 单击“确定”按钮之后会生成一个扩展名为.rul的文件，这个文件就是导出的规则文件，选择路径将其保存即可，如图562所示。


图562保存导出的规则


(4) 打开另外一个需要导入规则的PCB文件，按快捷键D+R，进入PCB规则及约束编辑器，在左侧规则项区域右击，执行Import Rules…命令，如图563所示。


图563规则的导入


(5) 在弹出的对话框中选择需要导入的规则，一般也是全选，如图564所示。
(6) 选择之前导出的规则文件进行导入即可。


图564选择需要导入的规则









5.7约束管理器2.0
Altium Designer 21提供了一种新的规则约束方法，可查看、创建和管理PCB的设计约束规则。作为基于文档的用户界面，新的“规则编辑器”与现有的“PCB规则及约束编辑器”共存，两者之间的区别在于，现有的“PCB规则及约束编辑器”以规则(Clearance、Width等)为中心，而新的“规则编辑器”以设计对象(网络、网络类等)为中心，如图565所示。


图565两个编辑器的区别


5.7.1访问Constraint Manager 2.0
要访问新的“规则编辑器”文档界面，需按快捷键D+R打开现有的“PCB规则及约束编辑器”对话框，然后单击对话框左下角的“切换到文档视图”按钮，如图566所示，即可打开如图567所示的文档界面。


图566访问Constraint Manager 2.0




图567新的“规则编辑器”文档界面


界面各区域功能如下：
(1) 文档标签页： 全新的文档视图方式，可与PCB文件并列打开。
(2) 设计对象类型： 包含Nets、Diff Pairs、xSignals、Polygons、Components 5个对象的基本规则，Advanced则面向更复杂的查询语句规则(Room等)。基本规则具有自动的优先级控制，优先级从左到右依次提升，Nets优先级最低。
(3) 设计对象列： 根据所需对象类型设置对应的规则。
(4) 规则参数列： 表格化的规则输入窗口。显示在表格中的规则，可在Properties面板中的Rule Visibility选项进行可视化控制。
(5) 图形化规则详细参数定义入口： 保持原来的交互设计方式，用户可在熟悉的视图界面下进行设置规则。


图568切换规则界面

(6) Rule Visibility： 规则可视化，所有设计对象的规则均可视化。
(7) Rules/Constraints Checks： 规则检查区域。例如重复的规则、具有不同值的相同作用域的规则和具有重叠类成员(例如网络)的规则等。
若想返回“PCB规则及约束编辑器”对话框，单击Properties面板中Actions选项卡下的Switch to Dialog View按钮即可，如图568所示。
5.7.2设置基本规则
以网络类为例，在新“规则编辑器”文档界面中设置安全间距为10mil、线宽为15mil的规则。
(1) 在“规则编辑器”文档界面中新建一个PWR网络类，在Nets基本规则的Net Class空白处右击，选择Add Class，如图569所示。然后在弹出的Edit Net Class对话框中选择相关网络到类中，单击“确定”按钮，如图570所示。



图569创建网络类




图570网络类添加成员




(2) 在Net Class选项组下的Type or select from list下拉列表中选择PWR网络类，如图571所示。


图571选择网络类


(3) 在Properties面板中的Rule Visibility选项中显示Clearance和Width规则，如图572所示。用户可根据设计需求将相关规则可视化。


图572规则参数可视化


(4) 在Width规则的Minimum中输入所需线宽数据，即可在界面下方弹出图形化规则定义窗口，与现有的“PCB规则及约束编辑器”规则窗口一致，如图573所示。


图573规则定义窗口


(5) 切换到Clearance，按步骤(4)进行间距大小设置即可。与“PCB规则及约束编辑器”相比，新的“规则编辑器”是在同一文档界面下面向对象实现多个约束设计。
(6) 想查看适用于对象类型的所有规则概述，可在设计对象列中单击All按钮，如图574所示显示了Net所有适用的规则。
(7) 单击规则定义窗口+按钮，可以添加对象规则的变体。例如增加一个规则，要求电源线在Bottom层的首选线宽为20mil，设置如图575所示。



图574对象适用的所有规则




图575添加规则变体




图576规则检查


(8) 检查可能出错的规则，每种违规类型条目可以展开显示。例如再给+5V网络添加一个6mil的线宽规则(与上述设置的15mil冲突)，单击Properties面板中的Rules/Constraints Checks选项组的Check按钮，可检查出同一对象具有不同约束规则，如图576所示。用户可根据提示分析规则并纠正。
5.7.3Advanced规则
“规则编辑器”文档界面支持用户在设计对象类型Advanced中自定义相对复杂的规则(是指基本规则之外的对象)，相当于在现有的“PCB规则及约束编辑器”中构建规则。
(1) 以设置+5V过孔大小为例，在Rule Class选项组中单击Routing Via Style，可添加新规则，如图577所示。


图577构建Routing Via Style规则


(2) 按要求设置好参数即可，如图578所示。
(3) 高级规则与基本规则在一定条件下可以实现互转。
 当高级规则约束的是基本规则中的5个对象(Nets、Diff Pairs、xSignals、Polygons、Components)时，可在规则处右击，选择Move Custom Rule To Basic命令，即可转入基本规则，如图579所示。
 基本规则也可转至高级规则。在规则处右击，选择Move Basic Rule To Advanced命令，即可转入高级规则，如图580所示。
 Advanced中所设置的规则可以在视图中向上或向下拖动其条目来手动重新排序，越往上，其优先级越高。Advanced优先级高于基本规则。
(4) 为了简化创建高级规则的重复过程，“规则编辑器”支持将最常见的查询范围(Object Match)存储在作用域库Scopes Library中并重复使用。Scopes Library通过Properties面板显示，可以在其中导入、管理和导出自定义范围。



图578设置规则参数




图579高级规则转至基本规则




图580基本规则转至高级规则


导入/导出步骤如下： 
① 选择一个查询对象范围，右击，选择Export to Library，如图581所示。


图581导出查询对象范围


② 在弹出的Scopes Library对话框中给查询对象范围重命名，并单击Update按钮，如图582所示。


图582Scopes Library对话框


③ 在Properties面板中的Scopes Library选项组下，可看到定义的NET_5V已存在，如图583所示。


图583在Properties面板中的Scopes Library选项


④ 导入作用域库中的对象范围到规则中，选择一个规则，在Object Match处右击，选择Import from Library，如图584所示。


图584导入作用域库


⑤ 在弹出的Scopes Library对话框中选择查询对象范围，单击Import按钮，即可导入，如图585所示。按快捷键Ctrl+S保存，将约束文档保存到PCB项目。


图585导入的对象范围


5.7.4规则交叉探测
“规则编辑器”包含交叉探测功能，该功能通过在相应的PCB中直观地突出网络和连接以便显示约束规则的对象范围。


图586设置探测显示效果


(1) 使用交叉探测功能的前提是设置好突出显示效果，在Properties面板中的Cross Probe View Settings选项组中勾选Zoom复选框，并在下拉列表框中选择Mask，如图586所示，即可高亮探测对象。
(2) 任选一个规则进行探测，在规则处右击，选择Cross Probe，如图587所示，将快速跳转到PCB中高亮相应对象，如图588所示。



图587交叉探测




图588交叉探测显示效果


5.8PCB布局





在整体PCB设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏直接影响布线的效果，因此合理的布局是PCB设计成功的基础。
5.8.1软件分屏操作
为了能够同时查看原理图与PCB，最好将软件分为两个界面： 一个是原理图界面； 另一个是PCB界面。Altium提供了分屏操作，执行菜单栏中的Window→“垂直平铺”命令(建议用户使用垂直平铺)，如图589所示，即可实现分屏，其效果如图590所示。


图589分屏命令




图590界面分屏


另外还有一种更为快捷的分屏操作，在编辑区的文件名称处任意空白位置右击，即可打开操作命令，如图591所示。


图591快速分屏


5.8.2交叉选择模式功能
为了方便布局时快速找到元件所在的位置，需要将原理图与PCB的元件一一对应，这个过程简称交互。而交互的实现，需要依靠交叉选择模式功能完成。
交叉选择模式的实现方法如下： 
(1) 打开交叉选择模式。需要同时在原理图编辑界面和PCB编辑界面都执行菜单栏中的“工具”→“交叉选择模式”命令，或者按快捷键Shift+Ctrl+X，如图592所示。


图592打开交叉选择模式


(2) 打开交叉选择模式以后，在原理图上选择元件，PCB上相对应的元件会同步被选中； 反之，在PCB中选中元件，原理图上相对应的元件也会被选中，如图593所示。


图593交叉选择模式


若按上述操作依然无法实现交互选择，可检查系统参数是否设置正确。按快捷键O+P打开优选项，选择SystemNavigation，按图594所示设置参数。


图594交叉选择模式的设置


5.8.3区域内排列功能
区域内排列功能： 指能够快速地将选中的杂乱元件按照用户所绘制的区域排列。操作方法如下：


图595区域内排列元件命令


先选中需要排列的对象，接着单击工具栏中的“排列工具”按钮，在弹出的下拉列表中单击“在区域内排列器件”按钮(如图595所示)，或按快捷键I+L，之后在想要放置的位置单击划出一个矩形区域，即可将元件放到该区域中，最后右击退出该命令。
5.8.4交互式布局与模块化布局
1. 交互式布局

交互式布局的实质就是交叉选择功能，以实现原理图与PCB的器件对应。
2. 模块化布局
实现同一功能的相关电路称为一个模块。所谓模块化布局就是结合“交叉选择”功能与“区域内排列器件”功能将同一模块的元件布局在一起，然后根据电源流向和信号流向对整个电路进行模块划分，将每个电路模块大致排列在PCB板框周边，实现预布局，如图596所示。


图596电路预布局


3. 就近集中原则
同一模块中的电路元件，应采用就近集中原则。比如电源管脚基本都会带有去耦电容，那么电容应靠近该管脚摆放。
5.8.5布局常见的基本原则
布局常见的基本原则如下：
(1) 先放置与结构相关的固定位置的元件，根据结构图设置板框尺寸，按结构要求放置安装孔、接插件等需要定位的器件，并将这些器件锁定。
(2) 明确结构要求，注意针对某些器件或区域的禁止布线区域、禁止布局区域及限制高度的区域。
(3) 元件摆放要便于调试和维修，小元件周围不能放置大元件，需调试的元件周围要有足够的空间，需拔插的接口、排针等元件应靠板边摆放。
(4) 结构确定后，根据周边接口的元件及其出线方向，判断主控芯片的位置及方向。
(5) 先大后小、先难后易原则。重要的单元电路、核心元件应当优先布局，元件较多、较大的电路优先布局。
(6) 尽量保证各个模块电路的连线尽可能短，关键信号线最短。
(7) 高压大电流与低压小电流的信号完全分开； 模拟信号与数字信号分开； 高频信号与低频信号分开。
(8) 同类型插装元件或有极性的元件，在X或Y方向上应尽量朝一个方向放置，便于生产。
(9) 相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局，即电路中元件的放置保持一致。
(10) 电源部分尽量靠近负载摆放，注意输入/输出电路。
5.8.6元件对齐及换层
1. 元件的对齐

Altium Designer 21提供了非常方便的对齐功能，可以对元件实行左对齐、右对齐、顶对齐、底对齐、水平等间距、垂直等间距等操作。
元件对齐方法有如下3种： 
(1) 选中需要对齐的对象，按快捷键A+A，打开“排列对象”对话框，如图597所示。选择对应的命令，实现对齐功能。
(2) 选中需要对齐的对象，直接按快捷键A，然后执行相应的对齐命令，如图598所示。也可以按组合键，例如，按快捷键A+L可左对齐，按快捷键A+T可顶对齐。
(3) 选中需要对齐的对象，然后单击工具栏中的“排列工具”按钮，在下拉列表中单击相应的对齐工具按钮，如图599所示。



图597排列对象




图598对齐功能


2. 元件的换层
Altium Designer 21默认的元件层是Top Layer和Bottom Layer，用户可根据板子器件密度、尺寸大小和设计要求判断是否进行双面布局。原理图导入PCB后，元件默认放在Top Layer，若想切换放到Bottom Layer，最便捷的方式是在拖动元件的过程中按快捷键L。
当然，也可以双击元件，在对应属性面板中设置层，如图5100所示。


图599“排列工具”下拉列表




图5100层的切换







5.9PCB布线
5.9.1PCB光标捕捉系统

PCB编辑工作区是一个高精度设计环境，其中包含很多不同尺寸的设计对象，有时需要使用不同的捕捉(包括不同的捕捉对象和不同的捕捉距离)行为，统一的光标捕捉系统可有效简化设计过程中的复杂性。Altium Designer 21在放置或移动设计对象的过程中提供了多种光标捕捉，如图5101所示。


图5101多种光标捕捉


1. Snap Options： 提供确定光标捕捉的选项
(1) Grids(网格)： 用于切换光标是否捕捉到PCB栅格格点。启用此选项后，光标将拉动或捕捉到最近的栅格格点，大部分情况下都是用此选项控制捕捉行为。
活动的捕捉网格显示在PCB编辑界面左下侧的状态栏中，如图5102所示，并同时显示在PCB编辑器的抬头信息(按快捷键Shift+H切换开/关)中。

(2) Guides(辅助线)： 用于切换光标是否捕捉到辅助线，即不存在辅助线的区域使用Snap Grid行为，在辅助线上将使用Snap Guide行为。Snap Guide将覆盖Snap Grid。
辅助线设置方式如下：
① 放置辅助线。在Guide Manager选项组中单击Place下拉列表框，根据需要选择放置的辅助线类型，如图5103所示。或者单击Add下拉列表框，再手动修改X或Y轴坐标。


图5102状态栏显示捕捉活动




图5103放置辅助线


② 添加好辅助线之后，根据需要放置在PCB上(Enabled被勾选表示已激活)，如图5104所示。当放置的对象与辅助线位置一致时，能快速捕捉到相应栅格。可通过设置Snap Distance的数值来控制光标捕捉距离。


图5104PCB放置的捕捉辅助线


(3) Axes(轴线)： 用于切换光标是否与设置对象轴向对齐(沿X或Y轴方向)，如图5105所示。轴线在光标类型为Small 90情况下表现更为明显。


图5105轴向对齐


2. Snapping
用于切换设计对象的热点捕捉启用方式，包含All Layers(所有图层启用)、Current Layer(仅在当前图层上启用)、Off(关闭捕捉)。可通过按快捷键Shift+E切换。
3. Objects for snapping
捕捉对象，包含走线中心、焊盘/过孔中心、圆弧顶点等多种对象。可通过按快捷键Ctrl+E来打开/关闭捕捉选项面板。
(1) Snap Distance： 捕捉距离，当光标在与设计对象捕捉点相距在设置距离之内(并启用All Layers或Current Layer)时，光标将捕捉到该点。
用户可通过修改此处数值来更改捕捉强度，数值越大，捕捉强度越大，受到的约束力越大； 若想灵活进行捕捉，建议数值设置得小一些。（可设置为5mil）
(2) Axis Snap Range： 轴对齐范围，当光标轴向对齐与对象对齐点相距在设置距离之内(并启用Axes)时，将显示一条动态辅助线以指示已对齐。（建议设置为10mil）
4. 笛卡儿网格编辑器
软件支持用户配置任意数量的自定义网格类型，所定义的网格可以是默认的全局捕捉网格，用于板子的任何未被局部网格覆盖的区域； 也可以是自定义的局部网格，用于在板子的特定区域中放置和移动对象。
在Properties面板Grid Manager选项组下双击Global Board Snap Grid（如图5106所示），或在PCB编辑区按快捷键Ctrl+G即可打开Cartesian Grid Editor对话框，如图5107所示。打开的默认网格是基于整板的全局捕捉网格，用户可以修改此网格的“步进值”和“显示”，但是不能重命名，也不能禁用或删除此网格。


图5106打开Cartesian Grid Editor




图5107Cartesian Grid Editor对话框


(1) 步进值： 直接输入所需的步长，或从关联的下拉列表中选择常用的大小。
 步进X： X平面中网格线之间的距离。
 步进Y： Y平面中网格线之间的距离。
一般情况下，这两个步进值是链接的，当更改“步进X”的数值时，“步进Y”的值也会随之更改。若想更改不同的步进值，可单击链接按钮，随后即可单独更改。
(2) 显示： 用于直观显示网格大小的选项。两个显示级别都有两种模式： Dots(点状)和Lines(线型)。
 精细： 显示进一步放大界面的网格情况，此级别显示的网格标记等于步进值。
 粗糙： 显示界面缩小时的粗略网格情况，此级别显示的网格标记等于步进值乘以倍增。
5. 添加新的笛卡儿网格编辑器
(1) 在Properties面板Grid Manager选项组中，单击Add下拉列表框，执行Add Cartesian Grid命令，如图5108所示。


图5108添加笛卡儿网格编辑器


(2) Grid Manager选项组中会出现一个New Cartesian Grid，如图5109所示。


图5109新增加的网格管理器


提示： 最高优先级priority1网格将绘制在前面，然后是优先级为2的网格，以此类推，直到默认值Global Board Snap Grid。软件默认用户每一次的新建都为最高级别网格。
(3) 双击New Cartesian Grid即可根据需要进行设置，如图5110所示。在整板的栅格中嵌入自定义的网格系统，生成效果如图5111所示。



图5110设置参数




图5111添加的网格效果


5.9.2常用的布线命令
1. 交互式布线连接

(1) 执行菜单栏中的“放置”→“走线”命令，或者单击工具栏中的“交互式布线连接”按钮，光标变成十字形状。
(2) 将光标移到元件的一个焊盘上，单击选择布线的起点。手工布线转角模式包括任意角度、90°拐角、90°弧形拐角、45°拐角、45°弧形拐角5种，按“Shift+空格”组合键可依次切换，按空格键可以在预布线两端切换转角模式。
2. 交互式布多根线连接
“交互式布多根线连接”命令可以同时布一组走线，以达到快速布线的目的。需要注意的是，在进行交互式布多根线连接之前应先选中所需多路布线的网络。
首先选中需要多路布线的网络，单击工具栏中的“交互式布多根线连接”按钮，或按快捷键U+M，即可同时布多根线，如图5112所示。
3. 交互式布差分对连接
差分传输是一种信号传输的技术。区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同、相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。因为两条导线上的信号相互耦合，干扰相互抵消，所以对共模信号的抑制作用加强了。在高速信号走线中，一般采用差分对布线的方式。在进行差分对布线时，首先需要定义差分对，然后设置差分对布线规则，最后完成差分对的布线。
单击工具栏中的“交互式布差分对连接”按钮，在需要进行差分布线的焊盘或者导线处单击，可根据布线的需要移动光标以改变布线路径，如图5113所示。


图5112交互式布多根线连接




图5113交互式布差分对连接


5.9.3飞线的显示与隐藏
网络飞线是指两点之间表示连接关系的线。飞线有利于理清信号的流向，便于有逻辑地进行布线。在布线时可以显示或隐藏网络飞线，或者选择性地对某类网络或某个网络的飞线进行显示与隐藏操作。


图5114快捷飞线开关


在PCB编辑界面中按快捷键N，打开快捷飞线开关，如图5114所示。
 网络(N)： 针对单个或多个网络操作。
 器件(O)： 针对元件网络飞线操作。
 全部(A)： 针对全部飞线操作。
5.9.4类的创建
类(即Class)，是特定类型的设计对象的逻辑集合。用户可根据需求将网络或器件分在一起构建类，比如将GND、3V3、5V等电源网络分成一组，即为网络类。
创建类有助于进行特定规则的设置，若结合网络颜色，还可以快速识别信号。Altium主要提供了8个类别： Net Classes(网络类)、Component Classes(器件类)、Layer Classes(层类)、Pad Classes(焊盘类)、From To Classes、Differential Pairs Classe(差分类)、Polygon Classes(铜皮类)、xSignal Classes。常用的有网络类、器件类和差分类。
以网络类为例介绍类的创建，在PCB编辑界面，网络类的添加有两种方式(其他类只能在对象类浏览器中创建)。
1. 使用对象类浏览器
(1) 执行菜单栏中的“设计”→“类”命令，或按快捷键D+C，进入“对象类浏览器”。
(2) 在对象类浏览器中选择Net Classes，右击，可对类进行添加、删除、重命名。这里设置一个电源类，命名为PWR，如图5115所示。


图5115创建电源类


(3) 将需要分为一组的网络从“非成员”栏中移到“成员”栏。选中网络，然后通过箭头按钮即可移动(双箭头代表全部移动，单箭头代表只移动选中的网络)。分组好的网络如图5116所示，然后直接单击“确定”按钮即可。


图5116电源类


2. 选中网络快速创建
(1) 在PCB编辑区按住Ctrl键选中相应网络，例如选中A0~A5,右击，在弹出的快捷菜单中选择“网络操作”→“根据选择的网络创建网络类”，如图5117所示。


图5117创建类


(2) 在弹出的“对象类名称”对话框中设置类的名称，然后单击“确定”按钮，如图5118所示。
(3) 在PCB面板选择Nets选项，即可看到对应的类，如图5119所示。


图5118设置类名称




图5119类的显示


5.9.5差分对的添加
Altium Designer 21中提供了针对差分对布线的工具，不过，在进行差分对布线前需要定义差分对网络，即定义哪两条信号线需要进行差分对布线。差分对的定义既可以在原理图中实现，也可以在PCB中实现。下面对在PCB中添加差分对的方法进行介绍。


图5120PCB面板


1. 手动添加差分对
(1) 打开PCB文件，在PCB编辑环境中单击右下角的Panels按钮，在弹出的菜单中选择PCB选项，打开PCB面板，在上方的下拉列表框中选择Differential Pairs Editor(差分对编辑)选项，如图5120所示。
(2) 单击“添加”按钮，在弹出的“差分对”对话框中选择差分对的正网络和负网络，并定义该差分对的名称，如图5121所示。
(3) 完成PCB编辑环境下的差分对设置后，在PCB面板中即可查看是否添加成功，如图5122所示。
2. 通过网络名称创建差分对
在进行原理图电路设计时，为了能让后期的设计人员识别差分信号，一般电路设计人员会给差分信号设置便于识别的网络名称——相同的名称+后缀。大部分情况下后缀会有3种情况： _N/_P、_M/_P、+/-。


图5121“差分对”对话框




图5122已添加的差分对


单击图5122所示的“从网络创建”按钮，进入“从网络创建差分对”对话框，按图5123所示设置即可。


图5123根据名称创建差分对


5.9.6网络颜色的更改
为了方便区分不同信号的走线，用户可以对某个网络或者网络类别进行颜色设置，可以很方便地理清信号流向和识别网络。
设置网络颜色的方法如下： 
(1) 打开PCB文件，在PCB编辑环境中，单击右下角的Panels按钮，在弹出的菜单中选择PCB选项，打开PCB面板。在上方的下拉列表框中选择Nets选项，打开网络管理器。
(2) 选择一个或者多个网络右击，在弹出的快捷菜单中选择Change Net Color命令，对单个网络或者多个网络进行颜色更改，如图5124所示。


图5124改变网络颜色




图5125使能网络颜色


(3) 执行改变网络颜色命令后，同样选择相关网络右击，在弹出的快捷菜单中执行“显示替换”→“选择的打开”命令，如图5125所示，对修改过颜色的网络进行使能。
(4) 这样就完成了网络颜色的修改。如果在PCB编辑界面中看不到颜色的变化，需要按F5键打开颜色开关。
5.9.7走线自动优化操作
Altium提供了任意角度走线，用户可以轻松创建并编辑任意角度的走线，在走线密集处，特别是对BGA内部出线具有极大的帮助。同时增强了自动优化修线的功能，具有更强大的堆挤功能，在布线或移动现有走线时，可对现有走线进行平滑处理，有利于提高信号的质量。
1. 任意角度布线
在走线的状态下，按Tab键，在Properties面板中进行如图5126所示设置。其中Routing Mode设置布线模式，Corner Style设置布线角度，Routing Gloss Effort设置优化程度。面板的右侧为相关功能循环切换的快捷键。


图5126设置任意角度布线


以BGA出线为例，出线效果如图5127所示。
2. 自动优化修线
(1) 若想使用软件的优化修线(Gloss Selected)功能，对走线进行平滑处理，操作如下：
① 单击选择一个需修改的线段，按住Ctrl+鼠标左键并尝试拖动线段，然后按Tab键进入Properties属性面板进行设置，如图5128所示。


图5127任意角度出线效果




图5128走线设置属性面板


② 按快捷键S+C(或单击选中一截线，再按Tab键)选中需要优化的整段走线，接着执行菜单栏中的“布线”→“优化选中走线”命令(或按快捷键Ctrl+Alt+G)，即可实现现有走线的平滑处理。
优化前后对比如图5129所示。


图5129走线优化前后对比


(2) 针对大批量走线的优化修改。
① 在布线状态下修改布线设置属性如图5128所示，若不需要拐角圆弧处理，将Hugging Style 改为45 Degree。
② 首先按Shift+鼠标左键单击选择一部分要优化的线段，然后再按Tab键，这时会选中全部对应的网络，如图5130所示。


图5130选中需要优化的走线


③ 执行菜单栏中的“布线”→“优化选中的走线”命令。优化后的走线如图5131所示。


图5131优化后的走线


3. 交互性过孔拖拽
布线优化过程中，可能要拖拽现有的过孔，Altium补充了为相邻布线提供的平滑度支持，避免在拖拽过孔时邻近的布线被挤变形。该功能可通过PCB编辑器Properties面板上的交互性过孔拖拽功能进行配置。
在进行过孔拖拽之前，先保证两个要素： ①布线冲突方案为推挤障碍； ②允许过孔推挤。可在系统的“优选项”面板中去设置，如图5132所示。



图5132允许过孔推挤


在拖拽过孔的过程中按Tab键可访问Properties面板并调整设置，如图5133所示。


图5133相邻布线平滑


4. 差分对拖拽
软件为差分对引入了耦合概念，可识别PCB上所设置的差分对，在保持耦合功能启用时，拖拽过程中将尽可能同时拖动差分信号(过线、孔)，如图5134所示。


图5134可同时拖拽差分线



5.9.8滴泪的添加与删除
添加滴泪是指在导线连接到焊盘时逐渐加大其宽度，因为其形状像滴泪，所以称为补滴泪。采用补滴泪的最大好处就是提高了信号完整性，因为在导线与焊盘尺寸差距较大时，采用补滴泪连接可以使得这种差距逐渐减小，以减少信号损失和反射，并且在电路板受到巨大外力的冲撞时，还可以降低导线与焊盘或者导线与过孔的接触点因外力而断裂的风险。
在进行PCB设计时，如果需要进行补滴泪操作，可以执行菜单栏中的“工具”→“滴泪”命令，在弹出的“泪滴”对话框中进行滴泪的添加与删除等操作，如图5135所示。


图5135“泪滴”对话框


设置完毕单击“确定”按钮，完成对象的滴泪添加操作，补滴泪前后焊盘与导线连接的变化如图5136所示。
5.9.9过孔盖油处理
1. 单个过孔盖油设置

双击过孔，弹出过孔属性编辑面板，在Solder Mask Expansion栏下勾选Top和Bottom右边的Tented复选框，即为过孔顶部和底部盖油，如图5137所示。


图5136补滴泪前后焊盘与导线连接的变化




图5137单个过孔盖油设置


2. 批量过孔盖油设置
批量过孔盖油设置可使用Altium Designer 21软件的全局操作方法来实现： 选中任意一个过孔，右击，在弹出的快捷菜单中选择“查找相似对象”命令，打开“查找相似对象”对话框； 根据筛选条件在右边栏的对象列中选择Same，如图5138所示。设置好筛选条件后，单击“确定”按钮，完成过孔的相似选择。


图5138查找相似对象


在弹出的Properties面板中，根据需求勾选Top(顶部盖油设置)和Bottom(底部盖油设置)右侧的复选框，如图5139所示。选择完成后，关闭该面板，即可完成批量过孔盖油设置。


图5139批量过孔盖油设置


5.9.10全局编辑操作
在进行PCB设计时，如要对具有相同属性的对象进行操作，全局编辑功能便派上了用场。利用该功能，可以实现快速调整PCB板中相同类型的丝印、过孔、线宽，以及元件锁定等。下面以修改过孔网络为例，说明全局编辑的操作过程。
(1) 在PCB板空白区域打上过孔，这时的过孔是没有网络属性的。
(2) 单击选中其中一个过孔，然后右击，在弹出的快捷菜单中执行“查找相似对象”命令，打开“查找相似对象”对话框，如图5140所示。


图5140查找相似对象


(3) 将Via和Net属性更改为Same，然后单击“确定”按钮。在弹出的Properties面板中更改属性，例如将Net(过孔网络)属性改为GND，如图5141所示。


图5141过孔的全局属性修改




图5142Polygon Pour面板


5.9.11铺铜操作
铺铜是指在电路板中空白位置放置铜皮，一般作为电源或地平面。在PCB设计的布线工作结束之后，就可以进行铺铜操作。
(1) 执行菜单栏中的“放置”→“铺铜”命令，或者单击工具栏中的“放置多边形平面”按钮，按Tab键打开Polygon Pour面板，在Fill Mode选项组中选择Hatched(Tracks/Ares)动态铺铜方式(铺铜方式可根据自身需求来选择)，如图5142所示。
(2) 在Polygon Pour面板中对铺铜属性进行设置。在Net下拉列表框中选择铺铜网络，在Layer下拉列表框中选择铺铜的层，在Grid Size和Track Width文本框中输入网格尺寸和轨迹宽度(建议设置成较小的相同数值，这样铺铜则为实心铜)，在右下角的下拉列表框中选择Pour Over All Same Net Objects选项，并勾选Remove Dead Copper(死铜移除)复选框。
(3) 按Enter键，关闭该面板。此时光标变成“十”字形状，准备开始铺铜操作。
(4) 用光标沿着PCB板框边界线画一个闭合的矩形框。单击确定起点，然后将光标移动至拐角处单击，直至确定板框的外形，右击退出。这时软件在框线内部自动生成了铺铜，效果如图5143所示。


图5143PCB铺铜效果


5.9.12放置尺寸标注
为了使设计者更加方便地了解PCB的尺寸信息，通常需要给设计好的PCB添加尺寸标注。标注方式分为线性、圆弧半径、角度等，下面以最常用的添加线性尺寸标注为例进行详细的介绍。
(1) 执行菜单栏中的“放置”→“尺寸”→“线性尺寸”命令，如图5144所示。
(2) 在放置尺寸标注的状态下，按Tab键，打开尺寸标注属性编辑面板，如图5145所示。


图5144放置线性尺寸




图5145尺寸标注显示设置



 Layer： 放置的层。
 Primary Units： 显示的单位，如Millimeters、mm(常用)、inch。
 Value Precision： 显示的小数点后的位数。
 Format：  显示的格式，常用格式为(mm)。
线性尺寸放置好的效果如图5146所示。


图5146放置线性尺寸标注


5.9.13放置Logo
Logo具有特点鲜明、识别性强的特点，在PCB设计中经常要导入Logo标识，Altium可使用脚本程序添加Logo。
1. 利用脚本导入Logo
(1) 位图的转换。因为脚本程序只能识别BMP位图，所以可利用Windows画图工具将Logo图片转换成单色的BMP位图，如果单色位图失真了，可以转换成16位图或者其他位图。Logo图片的像素越高，转换的Logo越清晰，利用Windows画图工具转换位图的方法如图5147所示。
(2) 打开需要导入Logo的PCB文件。执行菜单栏中的“文件”→“运行脚本”命令，在“选择条目运行”对话框中单击“浏览”按钮，执行“来自文件…”命令，然后选择Logo转换脚本文件，如图5148所示。
(3) 单击加载进来的脚本程序，再单击“确定”按钮将进入“PCB Logo Creator”，如图5149所示，并对向导进行设置。
 Load： 加载转换好的位图。
 Board Layer： 选择Logo需要放置的层，一般选择Top Layer。
 Image Size： 预览导入之后的Logo大小。
 Scaling Factor： 导入比例尺，可调节Image Size尺寸，调节出想要的Logo大小。
 Negative： 反向设置，一般不勾选，用户可以自己尝试效果。
 Mirror X： 关于X轴镜像。
 Mirror Y： 关于Y轴镜像。



图5147转换图片




图5148加载脚本




图5149Logo转换设置


(4) 设置好参数之后，单击Convert按钮，开始Logo转换，等待软件自动转换完成，如图5150所示。


图5150转换好的Logo


(5) 如果对导入的Logo大小不满意，还可以通过创建“联合”的方式进行调整。框选刚导入的Logo右击，执行“联合”→“从选中的器件生成联合”命令，如图5151所示。


图5151生成联合


(6) 生成联合后，在Logo上面再次右击，在弹出的快捷键菜单中执行“联合”→“调整联合的大小”命令，如图5152所示。


图5152调整联合的大小


(7) 这时光标变成“十”字形状，单击Logo，会出现Logo的调整顶点，拖动顶点即可调整Logo的大小，如图5153所示。


图5153调整Logo大小


(8) 还可以将Logo做成封装，方便下次调用。在PCB元件库中新建一个元件命名为Logo，从PCB文件中复制Logo，然后粘贴到PCB元件库中做成封装。下次调用时直接放置即可，如图5154所示。


图5154将Logo做成封装





图5155放置图形命令


2. 利用放置图形功能
Altium在PCB编辑器中增加了放置图形功能，用户可在PCB上放置JPG、BMP、PNG或SVG格式的图形。
(1) 执行菜单栏中的“放置”→Graphics命令，如图5155所示。
(2) 命令启动后，将提示用户单击两次以定义要放置图像的矩形区域。区域确定后，用户需要在弹出的Choose Image File对话框中选择图形文件，确定好后将弹出Import Image对话框，根据需要设置参数，如图5156所示。然后单击OK按钮，即可在PCB当前层创建图形，显示效果如图5157所示。


图5156设置导入参数




图5157显示效果


(3) 建议用户将图形作为联合（Union）放置，可以将其作为单个对象移动(单击并拖动)，也可以通过调整联合大小来调整图形尺寸。