芮新芳 朱朝霞 牛耀國

（中國計量學(xué)院工程訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310018）

1.引言

由于Altium Designer Winter 09具有功能強(qiáng)大、使用方便、界面友好等特點，能有效地提高電子產(chǎn)品設(shè)計的品質(zhì)和效率，已經(jīng)成為國內(nèi)電子企業(yè)廣泛采用的EDA軟件之一。為了使課程設(shè)置與社會需求緊密結(jié)合，實現(xiàn)學(xué)生從學(xué)習(xí)到就業(yè)的無縫對接，從2010年起，我校電子實訓(xùn)課程采用Altium Designer Winter 09來取代了Protle 99 SE作為印刷電路板設(shè)計軟件。本文根據(jù)筆者的實踐教學(xué)和使用，針對電路板設(shè)計過程中的每一個環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)該軟件時常見問題，總結(jié)出來一些實用經(jīng)驗和使用技巧。

印刷電路板的設(shè)計主要包括線路原理圖SCH和PCB圖這兩部分的設(shè)計工作，以下從這兩個方面來論述在設(shè)計過程中的需要注意的事項、常見問題以及對應(yīng)的處理方法。

2.繪制原理圖

繪制原理圖是PCB設(shè)計的非常重要的前期準(zhǔn)備工作，如果原理圖有問題，就不可能得到正確的PCB圖，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)出來的電子產(chǎn)品就是廢品。

2.1 繪制原理圖注意事項和常見問題

（1）繪制原理圖前一定要先加載庫文件。Altium Designer提供了大量的庫文件，每個庫文件中都包含很多庫元件，把這些庫文件加載安裝后，我們就可以充分利用其中的庫元件來繪制原理圖。

（2）原理圖中的每個元器件的標(biāo)號（Designator）必須唯一，且不能為空，同一張圖中不能有多個元器件的標(biāo)號相同。

（3）有些集成電路，由多個獨立的功能模塊組成，以4049為例，它是六非門集成電路，內(nèi)部有六個反相器。對這些功能模塊，其標(biāo)號設(shè)置要完全相同。如果編號不同，在最后得到的PCB圖上將會出現(xiàn)多個4049集成電路。另外，還要對集成電路內(nèi)部功能模塊的Part屬性正確設(shè)置，分別為1/6，2/6…6/6，要根據(jù)實際需要以確定使用的是哪一個反相器。

圖1 設(shè)置元器件的Designator和Part屬性

（4）為了使原理圖更簡潔和易讀，需對庫元件進(jìn)行編輯。在該庫元件的屬性窗口中，將其中的“Lock Pins”復(fù)選框設(shè)置為不勾選，如圖2所示。解除元器件引腳的鎖定后，就可以編輯元器件的各引腳了。在移動或修改元件的引腳時，一定要注意引腳的方向。

圖2 解除元器件引腳的鎖定

可放大視圖，仔細(xì)觀察引腳的兩端來確定引腳的方向，其中一端有四個白點，該端具有電氣特性，其方向應(yīng)該朝外。另一方法是將鼠標(biāo)放置在引腳上，按住鼠標(biāo)左鍵，則鼠標(biāo)會自動定位到有電氣特性的那一端。如果引腳的方向朝內(nèi)，則該元件的該引腳與其它元器件連線時就無法真正連接上。學(xué)生在編輯元件時經(jīng)常會忽略引腳的方向而導(dǎo)致原理圖出錯。正確修改引腳后，再將“Lock Pins”選項勾選以鎖定引腳，以免它們被誤編輯。

（5）盡管系統(tǒng)提供了大量的庫元件，但也不能完全滿足軟件使用者的所有需求，這時我們必須根據(jù)需要來繪制庫元件。

在繪制庫元件時，要注意三點：①保證元件覆蓋在庫元件編輯窗口的大“┼”的中心，否則，繪制好的庫元件在原理圖中將無法準(zhǔn)確定位和移動；②元件上引腳的方向要朝向外部；③對繪制完畢的元件要進(jìn)行屬性設(shè)置，如元件在庫中的名稱、描述等等。

（6）連接原理圖中的各元器件時，點擊工具欄中的“Place Wire”按鈕后，再將鼠標(biāo)放置在要連線的元件引腳上，此時，鼠標(biāo)的形狀為“×”，才能開始連線。連線到目標(biāo)元件的引腳上，鼠標(biāo)再次呈現(xiàn)該形狀時，連線才算結(jié)束。學(xué)生在連線時常會由于連線過長，而出現(xiàn)元件沒有真正相連的錯誤，如圖3所示。

圖3 錯誤的連線

（7）原理圖中各元器件都連線完成后，還要設(shè)置原理圖中的各元件封裝屬性。如果元件的默認(rèn)封裝符合我們元件實物的要求，可以不修改。但有些元件要采用我們自己繪制的封裝，必須將其封裝屬性正確設(shè)置。

（8）原理圖繪制完畢后，要對項目進(jìn)行編譯，即進(jìn)行“ERC”檢測。在這一步驟中，初學(xué)者要特別注意是否存在元器件沒有標(biāo)號，或者存在多個元器件的標(biāo)號相同的情況，若有，則一定要改正。另外，若元器件的某些引腳不需要ERC檢測，可將工具欄中的“NOERC”標(biāo)志放置在這些引腳上。

2.2 繪制原理圖常用的工具和技巧

Altium Designer除保留了Protel系列軟件的一些快捷鍵外，還提供了一些可視化的工具以提高設(shè)計效率。

（1）個性化菜單

在界面的右下角，增加了一個菜單欄，其中包含了很多常用的命令，利用這些命令可以在各窗口之間非常方便地切換，比如Message窗口、Library窗口、Project窗口等。設(shè)計人員隨時都可以根據(jù)自己的需要，對設(shè)計對象進(jìn)行查看和編輯。

圖4 SCH界面中的個性化菜單

（2）批量修改原理圖中元器件的屬性

可利用“Find Similar Objects…”和“SCH Inspector”，根據(jù)設(shè)計人員指定的條件對某些元器件的屬性進(jìn)行批量修改。

比如要設(shè)置原理圖中的某類元件的封裝，以三級管放大電路為例，圖5中用到了三個CAPPol2庫元件，假設(shè)其默認(rèn)的封裝不符合我們用到的實物電容的要求，要將它們的封裝設(shè)置為用戶繪制的封裝“RB.1/.2”。如果對每個電容的封裝逐一修改，勢必會降低設(shè)計效率?？梢耘繉⑺鼈兊姆庋b改為“RB.1/.2”。在原理圖中任一個CAPPol2上點擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選中“Find Similar Objects…”，彈出“Find Similar Objects”對話框，在保證“Select Matching”復(fù)選框選中的條件下，將“Symbol Reference”項的最后一列，設(shè)置為“Same”，以設(shè)置查找條件。在點擊“Apply”后，圖中所有的CAPPol2被選中，呈高亮顯示，點擊“OK”按鈕，在新窗口“SCH Inspector”中將“Object Specific”中的“Current Footprint”設(shè)置為“RB.1/.2”，那么SCH中所有CAPPol2電容的封裝全部被指定為“RB.1/.2”。

圖5 查找相似對象

圖6 在Find Similar Objects對話框中設(shè)置查找條件

（3） 此外，Altium Designer還提供了“Footprint Manager”（封裝管理器），設(shè)計者利用它可以一目了然地查看原理圖中用到的所有元器件的標(biāo)號，在元件庫中的名稱，以及該元件當(dāng)前使用的封裝等信息。可通過點擊“Tools/Footprint Manager…”調(diào)出該工具。

圖7 在SCH Inspector中設(shè)置要批量修改的參數(shù)

圖8 封裝管理器

3.繪制PCB圖

3.1 繪制PCB圖注意事項和常見問題

（1）元器件的導(dǎo)入

原理圖繪制完畢后，新建PCB文件，利用菜單“Design/Import Changes From.*.PrjPCB”將網(wǎng)絡(luò)、元件封裝及電氣模型導(dǎo)入到PCB文件中。在這一步驟中，學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)“Footprint Not Found**”的錯誤，原因有二：①沒有安裝封裝庫，解決方法是安裝合適的封裝庫；②原理圖中的元件的封裝名稱填寫有誤，對那些使用了用戶自己繪制的封裝的元件，更要注意其封裝名是否設(shè)置正確。

（2）繪制封裝

對于封裝庫中不存在的封裝，我們需要自己繪制。繪制時要注意以下幾點：1）封裝的焊盤編號一般是從1開始的，要和對應(yīng)元件上的引腳編號一一對應(yīng)，并且焊盤的間距要依據(jù)該元件實物的各引腳之間的實際距離進(jìn)行繪制；2）繪制完畢的每個封裝都必須要設(shè)置其參考點，點擊“Edit/Set Reference…”，選擇其中一種參考方式。如果忘記了設(shè)置參考點，則該元件在PCB圖中無法定位，更不能移動；3）要對每個封裝進(jìn)行命名和一些屬性的設(shè)置。如果沒有對其命名，則系統(tǒng)會默認(rèn)其名為“PCB_Componet_1”，假如該封裝庫中繪制了多個封裝，且都沒有對其進(jìn)行人為命名，則這些封裝的默認(rèn)名字都是“PCB_Componet_1”，系統(tǒng)就不能將原件與封裝建立正確的關(guān)聯(lián)，元件就無法成功導(dǎo)入到PCB中。

（3）元器件布局

元器件成功導(dǎo)入后，下一步工作就是布局元器件。如果布局不合理，那么布線時間就很長，線繞得較遠(yuǎn)，甚至于無法成功布線。元件布局時要綜合考慮信號流向、元器件的發(fā)熱情況、電路板的抗干擾性等因素。

（4）設(shè)置布線規(guī)則

在布線之前，要先設(shè)置布線規(guī)則和約束條件，“Design”→“Rules…”打開PCB規(guī)則與約束編輯窗口。在該窗口中，對最小安全間距“Clearance”、線寬和布線層等設(shè)定。通過添加新規(guī)則的方法分別指定各類線寬。通常地線最寬，電源線較寬，信號線次之。對每類線寬要針對不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，比如要對地線設(shè)置線寬，先從列表中選擇“GND”，然后再設(shè)置地線的線寬。

圖9 選擇要設(shè)置其線寬的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號

另外，還要通過調(diào)整“Edit Rule Priorities”窗口中的布線規(guī)則的位置來確定各類線寬的優(yōu)先級。

圖10 設(shè)置布線線寬的優(yōu)先級

（5）布線及規(guī)則檢測

對于較復(fù)雜的電路，通常采用手工布線與系統(tǒng)自動布線相互結(jié)合的方式。而初學(xué)者往往過于依賴自動布線，這是不可取的，手動布線是電路板設(shè)計的一個重要過程，是對自動布線結(jié)果的修改和優(yōu)化。另外，在布線完畢后，運(yùn)行DRC規(guī)則檢測，查看布線結(jié)果與布線規(guī)則是否存在沖突。如果有規(guī)則沖突，就要重新布局和布線，直到?jīng)]有任何沖突為止。

3.2 PCB圖設(shè)計時常用的工具和技巧

（1）快速查找某一元器件

在PCB圖中，同時按下J鍵和C鍵，在彈出的“Componet Designator”窗口中，輸入要查找的元器件編號（designator），則鼠標(biāo)會自動快速定位到該元器件上,利用此方法可快速定位要查找的元器件。尤其是對于元件較多的PCB圖，這種方法可大大提高設(shè)計效率。

（2）PCB界面中實時提供了鼠標(biāo)所在位置的坐標(biāo)（x，y）和鼠標(biāo)移動的水平相對距離dx和垂直相對距離dy，可利用它們來方便地查看元件大小和設(shè)置電路板的尺寸。

圖11 實時查看鼠標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和鼠標(biāo)移動的相對距離

(3)批量修改PCB圖中元器件的屬性

在PCB圖中，可利用“Find Similar Objects…”和“PCB Inspector”，根據(jù)設(shè)計人員指定的條件對某些元器件的屬性進(jìn)行批量修改。

(4)和原理圖類似，PCB界面下方也提供了個性化菜單，使用戶隨時可以在各個界面之間進(jìn)行切換。

4.原理圖、封裝與PCB圖的同步更新

在項目設(shè)計過程中，有時設(shè)計人員對原理圖、電路板的某些參數(shù)或?qū)傩赃M(jìn)行了修改，如元件的標(biāo)號、封裝等，或修改了元件庫或封裝庫，可通過以下方式將這些修改反映到電路板或原理圖中去，大大提高了設(shè)計人員的工作效率。

（1）PCB→SCH的更新

如果PCB設(shè)計完成后，才發(fā)現(xiàn)原理圖有問題。待對原理圖修改之后，可調(diào)用原理圖菜單中的“Design/Update PCB Document**.PcbDoc”命令將這種修改更新到對應(yīng)的PCB圖中，而無需對之前的PCB做太大改動。

（2）SCH→PCB的更新

反之，如果修改了PCB圖，可點擊PCB編輯界面中菜單“Design/Upadate Schematicsin**.PrjPcb”來同步更新SCH圖。

（3）庫元件→SCH的更新

當(dāng)用戶繪制的庫元件被重新編輯后，要對使用了該封裝的SCH圖更新。在庫元件的編輯界面中點擊“Tools/Update Schematics”，來更新SCH圖，使之采用修改之后的庫元件。

（4）封裝→PCB的更新

當(dāng)用戶繪制的封裝被重新編輯修改后，要對使用了該封裝的PCB圖更新。在封裝的編輯界面中，點擊“Tools/Update Pcb With Current Footprint”，來更新PCB，使之采用修改之后的封裝。

5.結(jié)束語

Altium Designer winter 09是一款較新的電路板設(shè)計工具，能夠極大地提高設(shè)計的效率和品質(zhì)。以上是筆者在實踐教學(xué)中總結(jié)出來的一些經(jīng)驗，涵蓋了學(xué)生在學(xué)習(xí)使用該軟件設(shè)計印刷電路板過程中的注意事項、常見問題解析，大大縮短了學(xué)生學(xué)習(xí)該軟件需要的時間。當(dāng)然，設(shè)計印刷電路板是實踐性很強(qiáng)的工作，只有長期不斷地練習(xí)才能真正掌握其設(shè)計技巧和精髓。

[1]閆勝利.Altium Designer實用寶典--原理圖與PCB設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[2]精英科技.電路板設(shè)計完全手冊[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]韓國棟，趙月飛，婁建安.Altium Designer Winter 09電路設(shè)計入門與提高[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4]華文龍.Altium Designer中的機(jī)電一體化設(shè)計.CAD/CAM與制造業(yè)信息化[J]，2009，（10）.