altiumdesigner教學(xué)講義市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、第7章 印制電路板布局設(shè)計(jì) 第1頁印制電路板布局設(shè)計(jì) 在完成網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入操作后，元件已經(jīng)顯示在工作窗口中了，此時(shí)就能夠開始元件布局。元件布局是指將網(wǎng)絡(luò)表中全部元件放置在PCB板上，是PCB設(shè)計(jì)關(guān)鍵一步。好布局通常使含有電氣連接元件引腳比較靠近，這么能夠使走線距離短，占用空間比較小，從而使整個(gè)電路板導(dǎo)線能夠易于連通，取得更加好布線效果。電路布局整體要求是整齊、美觀、對(duì)稱、元件密度均勻，這么才能使電路板利用率最高，而且降低電路板制作成本；同時(shí)設(shè)計(jì)者在布局時(shí)還要考慮電路機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾及未來布線方便性等問題。元件布局有自動(dòng)布局和交互式布局兩種方式，只靠自動(dòng)布局往往達(dá)不到實(shí)際要求，通常需要將二者

2、結(jié)合以取得良好效果。第2頁自動(dòng)布局規(guī)則設(shè)置Altium Designer Summer 09系統(tǒng)PCB編輯器是一個(gè)完全規(guī)則驅(qū)動(dòng)編輯環(huán)境。系統(tǒng)為設(shè)計(jì)者提供了各種設(shè)計(jì)規(guī)則，涵蓋了PCB板設(shè)計(jì)流程中各個(gè)方面，從電氣、布局、布線到高頻、信號(hào)完整性分析等。在詳細(xì)PCB設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者能夠依據(jù)產(chǎn)品要求重新定義相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則，也能夠使用系統(tǒng)默認(rèn)規(guī)則。假如設(shè)計(jì)者直接使用設(shè)計(jì)規(guī)則系統(tǒng)默認(rèn)值而不加任何修改，是有可能完成整個(gè)PCB板設(shè)計(jì)，只是在后續(xù)調(diào)整中，工作量會(huì)很大。所以，在進(jìn)行PCB板詳細(xì)設(shè)計(jì)之前，為了提升設(shè)計(jì)效率，節(jié)約時(shí)間和人力，設(shè)計(jì)者應(yīng)該依據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行合理設(shè)置。第3頁自動(dòng)布局規(guī)則設(shè)置 打開

3、規(guī)則設(shè)置在Altium Designer Summer 09PCB編輯器中，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】/【規(guī)則】命令，即可打開【PCB規(guī)則及約束編輯器】對(duì)話窗。也能夠在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【設(shè)計(jì)】/【規(guī)則】，打開【PCB規(guī)則及約束編輯器】對(duì)話窗，如圖7-1所表示。 圖7-1 打開【PCB規(guī)則及約束編輯器】第4頁自動(dòng)布局規(guī)則設(shè)置打開后【PCB規(guī)則及約束編輯器】對(duì)話窗如圖7-2所表示。這個(gè)對(duì)話窗中包含了許多PCB設(shè)計(jì)規(guī)則和約束條件。圖7-2 【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話窗第5頁自動(dòng)布局規(guī)則設(shè)置在【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話窗左邊窗口中，系統(tǒng)列出了所提供10大類設(shè)計(jì)規(guī)則（Design Rules

4、），他們分別是：【Electrical】（電氣規(guī)則）、【Routing】（布線規(guī)則）、【SMT】（表貼式元件規(guī)則）、【Mask】（屏蔽層規(guī)則）、【Plane】（內(nèi)層規(guī)則）、【Testpoint】（測(cè)試點(diǎn)規(guī)則）、【Manufacturing】（制板規(guī)則）、【Hign Speed】（高頻電路規(guī)則）、【Placement】（布局規(guī)則）和【Signal Integrity】（信號(hào)完整性分析規(guī)則）。在上述每一類規(guī)則中，又分別包含若干項(xiàng)詳細(xì)子規(guī)則。設(shè)計(jì)者能夠單擊各規(guī)則類前面符號(hào)進(jìn)行展開，查看每類中詳細(xì)詳細(xì)設(shè)計(jì)規(guī)則。如圖中所表示就是【Electrical】大類中【Clearance】子規(guī)則設(shè)置窗口。第6頁自

5、動(dòng)布局規(guī)則設(shè)置進(jìn)行PCB自動(dòng)布局之前，設(shè)計(jì)者應(yīng)該養(yǎng)成良好規(guī)則習(xí)慣，首先應(yīng)對(duì)【Placement】（布局規(guī)則）進(jìn)行設(shè)置。單擊【Placement】前面符號(hào)，能夠看到需要設(shè)置布局子規(guī)則有6項(xiàng)，如圖7-3所表示。圖7-3 【Placement】布局規(guī)則中子規(guī)則第7頁【Room Defination】規(guī)則設(shè)置【Room Defination】規(guī)則主要用來設(shè)置Room空間尺寸以及它在PCB板中所在工作層面。選中【Room Defination】子規(guī)則選項(xiàng)，在子規(guī)則選項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)如圖7-4所表示操作菜單，允許設(shè)計(jì)者增加一個(gè)新【Room Defination】子規(guī)則，或者刪除現(xiàn)有不合理子規(guī)則。圖7

6、-4 規(guī)則操作菜單第8頁【Room Defination】規(guī)則設(shè)置在彈出菜單（圖7-4）中執(zhí)行【新規(guī)則】命令后，系統(tǒng)會(huì)在【Room Defination】子規(guī)則中建立一個(gè)新規(guī)則，同時(shí)，【Room Defination】選項(xiàng)前面出現(xiàn)一個(gè)，單擊符號(hào)展開，能夠看到已經(jīng)新建了一個(gè)【Room Defination】子規(guī)則，單擊即可在對(duì)話框右邊打開如圖7-5所表示窗口。 圖7-5 【Room Defination】規(guī)則設(shè)置第9頁【Component Clearance】規(guī)則設(shè)置【Component Clearance】規(guī)則主要用來設(shè)置自動(dòng)布局時(shí)元件封裝之間最小間距，即安全間距。單擊【Component C

7、learance】規(guī)則選項(xiàng)下面子規(guī)則，即可在對(duì)話框右邊打開如圖7-6所表示窗口。圖7-6 【Component Clearance】規(guī)則設(shè)置第10頁【Component Orientations】規(guī)則設(shè)置【Component Orientations】規(guī)則主要用于設(shè)置元件封裝在PCB板上放置方向。選中【Component Orientations】選項(xiàng)，并在該選項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行【新規(guī)則】命令，則在【Component Orientations】選項(xiàng)中建立一個(gè)新子規(guī)則，單擊新建【Component Orientations】子規(guī)則即可打開設(shè)置窗口，如圖7-7所表示。圖7-7 【Compon

8、ent Orientations】規(guī)則設(shè)置第11頁【Permitted Layers】規(guī)則設(shè)置【Permitted Layers】規(guī)則主要用于設(shè)置元件封裝能夠放置工作層面。選中【Permitted Layers】選項(xiàng)，并在該選項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行【新規(guī)則】命令，則在【Permitted Layers】選項(xiàng)中建立一個(gè)新子規(guī)則，單擊新建子規(guī)則即可打開設(shè)置窗口，如圖7-8所表示。圖7-8 【Permitted Layers】規(guī)則設(shè)置第12頁【Nets To Ignore】規(guī)則設(shè)置【Nets To Ignore】規(guī)則主要用于設(shè)置自動(dòng)布局時(shí)能夠忽略網(wǎng)絡(luò)。忽略一些電氣網(wǎng)絡(luò)（如電源網(wǎng)絡(luò)、地線網(wǎng)絡(luò)）在一定程

9、度上能夠提升自動(dòng)布局質(zhì)量和速度。選中【Nets To Ignore】選項(xiàng)，并在該選項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行【新規(guī)則】命令，則在【Nets To Ignore】選項(xiàng)中建立一個(gè)新子規(guī)則，單擊新建子規(guī)則即可打開設(shè)置窗口，如圖7-9所表示。該規(guī)則【約束】區(qū)域內(nèi)沒有任何設(shè)置選項(xiàng)，需要約束可直接經(jīng)過上面規(guī)則匹配對(duì)象適用范圍設(shè)置來完成。圖7-9 【Nets To Ignore】規(guī)則設(shè)置第13頁【Height】規(guī)則設(shè)置【Height】規(guī)則主要用于設(shè)置元件封裝高度范圍。在【約束】區(qū)域內(nèi)能夠設(shè)置元件封裝“最小”、“最大”以及“首選”高度，如圖7-10所表示。圖7-10 【Height】規(guī)則設(shè)置第14頁電路板元件布局

10、完成了元器件和網(wǎng)絡(luò)表同時(shí)后，元器件被混亂地放在一個(gè)空間內(nèi)。這種情況下，是無法進(jìn)行布線操作，所以需要先進(jìn)行合理布局。普通來說，元件布局有兩種方式，即自動(dòng)布局和手工布局。所謂自動(dòng)布局，是指按照設(shè)計(jì)者事先定義好設(shè)計(jì)規(guī)則，系統(tǒng)自動(dòng)地在PCB板上進(jìn)行元件布局，這種方法效率較高，布局結(jié)構(gòu)比較優(yōu)化，但有時(shí)缺乏一定合理性和實(shí)用性；手工布局是指設(shè)計(jì)者手工在PCB板上進(jìn)行元件布局，包含移動(dòng)、排列元件，修改元件封裝，調(diào)整元件序號(hào)等，布局結(jié)果比較符合設(shè)計(jì)者意圖和實(shí)際應(yīng)用要求，也有利于后面布線操作，但相對(duì)效率較低。第15頁元件自動(dòng)布局 伴隨Altium Designer Summer 09系統(tǒng)布局規(guī)則越來越嚴(yán)格、越來越

11、完善，其自動(dòng)布局功效即使還沒有到達(dá)完全實(shí)用和完美程度，不過大致上能夠完成PCB板元器件總體排放，極大地降低了設(shè)計(jì)者工作量。第16頁元件自動(dòng)布局 元器件自動(dòng)布局上例中，我們已將原理圖相關(guān)信息同時(shí)到了PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中。本例中，來完成元器件自動(dòng)布局。在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中執(zhí)行【工具】/【器件布局】/【自動(dòng)布局】命令，系統(tǒng)開始依據(jù)默認(rèn)規(guī)則進(jìn)行元器件布局，如圖7-11所表示。圖7-11 元器件自動(dòng)布局第17頁元件自動(dòng)布局執(zhí)行【工具】/【器件布局】/【設(shè)置推及深度】命令，進(jìn)行推擠深度設(shè)置，如圖7-12所表示。圖7-12 設(shè)置推擠深度第18頁元件自動(dòng)布局設(shè)置好元器件之間推擠深度，就可對(duì)堆放在PCB板左側(cè)“一堆”

12、元器件進(jìn)行推擠排放了。執(zhí)行【工具】/【器件布局】/【擠推】命令，系統(tǒng)將按照用戶設(shè)定推擠深度對(duì)元器件進(jìn)行推進(jìn)排列，如圖7-13所表示。圖7-13 推擠完成后元器件布局第19頁元件手動(dòng)布局因?yàn)樽詣?dòng)布局僅僅是以將元件封裝放置到PCB板上為目標(biāo)，因而自動(dòng)布局之后PCB板顯然缺乏一定合理性和美觀性，無法讓設(shè)計(jì)者滿意，更無法進(jìn)行下面布線操作。為了制作出高質(zhì)量PCB板，在自動(dòng)布局完成后，設(shè)計(jì)者有必要依據(jù)整個(gè)PCB板工作特征、工作環(huán)境以及一些特殊方面要求，深入進(jìn)行手工調(diào)整。比如，將處理小信號(hào)元器件遠(yuǎn)離大電流器件或晶振等易引發(fā)干擾器件，或者，將接口類接插元器件放置在板子周圍，以方便插接等等。第20頁元件手動(dòng)布局

13、 元器件手動(dòng)布局對(duì)上例中進(jìn)行了推擠操作后元器件進(jìn)行手動(dòng)布局。在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中執(zhí)行【選項(xiàng)】/【板層顏色】命令，在打開【視圖配置】對(duì)話框中關(guān)閉沒有使用或者不需要工作層，如圖7-14所表示。圖7-14 設(shè)置工作層面第21頁元件手動(dòng)布局在圖7-13所表示推擠后布局基礎(chǔ)上，依據(jù)信號(hào)流動(dòng)方向，以及將接口類元器件放置在PCB板邊緣標(biāo)準(zhǔn)對(duì)元器件進(jìn)行重新布局。圖7-13 推擠完成后元器件布局第22頁元件手動(dòng)布局元器件重新布局過程很簡(jiǎn)單，只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要移動(dòng)元器件，拖拽到所需位置放手即可。元器件布局完成后，接下來將每個(gè)元器件器件標(biāo)識(shí)符經(jīng)過拖拽方法放置在靠近元器件適當(dāng)位置，方便閱讀

14、和查找。經(jīng)過上述操作后元器件新布局如圖7-15所表示。很顯然，現(xiàn)在布局已變得合理很多，而且清楚易讀。圖7-15 完成手動(dòng)布局第23頁3D效果圖在3D效果圖上用戶能夠看到PCB板實(shí)際效果及全貌，并經(jīng)過3D效果圖來察看元件封裝是否正確、元件之間安裝是否有干涉和是否合理等?？傊?，在3D效果圖上用戶能夠看到未來PCB板全貌，能夠在設(shè)計(jì)階段把一些錯(cuò)誤更正，從而縮短設(shè)計(jì)周期并降低成本。所以，3D效果圖是一個(gè)很好元器件布局分析工具，設(shè)計(jì)者在今后工作中應(yīng)該熟練掌握。第24頁3D效果圖在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，執(zhí)行【察看】/【切換到3維顯示】命令，PCB編輯器內(nèi)工作窗口變?yōu)槿S仿真圖形，如圖7-16所表示。生成三維效

15、果圖是以“.PCB3D”為后綴名同名文件。還可修改三維效果圖顯示和打印屬性。圖7-16 三維顯示效果圖第25頁3D效果圖在三維效果圖工作窗口中執(zhí)行【工具】/【優(yōu)先選項(xiàng)】命令，將打開【參數(shù)選擇】對(duì)話框，如圖7-19所表示。此時(shí)在該對(duì)話框左側(cè)樹狀目錄中選擇【PCB Editor】/【 PCB Legacy3D】目錄節(jié)點(diǎn)，將打開PCB Editor-PCB Legacy 3D選項(xiàng)頁，如圖7-20所表示。 圖7-19 【參數(shù)選擇】對(duì)話框 圖7-20 PCB Editor-PCB Legacy 3D選項(xiàng)頁第26頁網(wǎng)絡(luò)密度分析網(wǎng)絡(luò)密度分析是利用 Altium Designer Summer 09系統(tǒng)提供密

16、度分析工具，對(duì)當(dāng)前 PCB文件元件放置及其連接情況進(jìn)行分析。密度分析會(huì)生成一個(gè)暫時(shí)密度指示圖(Density Map)，覆蓋在原PCB圖上面。在圖中，綠色部分表示網(wǎng)絡(luò)密度較低，元件越密集、連線越多區(qū)域顏色就會(huì)展現(xiàn)一定改變趨勢(shì)，紅色表示網(wǎng)絡(luò)密度較高區(qū)域。密度指示圖顯示了PCB板布局密度特征，能夠作為各區(qū)域內(nèi)布線難度和布通率指示信息。用戶依據(jù)密度指示圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)布局調(diào)整，有利于提升自動(dòng)布線布通率，降低布線難度。在Altium Designer Summer 09PCB編輯器中，執(zhí)行【工具】/【密度圖】命令，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行對(duì)當(dāng)前PCB文件密度分析。按End鍵刷新視圖，或者經(jīng)過單擊文件標(biāo)簽切換到其它編輯器視圖中，即可