芮新芳 朱朝霞 牛耀國

（中國計量學院工程訓練中心，浙江 杭州 310018）

1.引言

由于Altium Designer Winter 09具有功能強大、使用方便、界面友好等特點，能有效地提高電子產(chǎn)品設計的品質(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。為了使課程設置與社會需求緊密結合，實現(xiàn)學生從學習到就業(yè)的無縫對接，從2010年起，我校電子實訓課程采用Altium Designer Winter 09來取代了Protle 99 SE作為印刷電路板設計軟件。本文根據(jù)筆者的實踐教學和使用，針對電路板設計過程中的每一個環(huán)節(jié)，結合學生在學習該軟件時常見問題，總結出來一些實用經(jīng)驗和使用技巧。

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

2.繪制原理圖

繪制原理圖是PCB設計的非常重要的前期準備工作，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，其標號設置要完全相同。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，需對庫元件進行編輯。在該庫元件的屬性窗口中，將其中的“Lock Pins”復選框設置為不勾選，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，其方向應該朝外。另一方法是將鼠標放置在引腳上，按住鼠標左鍵，則鼠標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。學生在編輯元件時經(jīng)常會忽略引腳的方向而導致原理圖出錯。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行屬性設置，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，再將鼠標放置在要連線的元件引腳上，此時，鼠標的形狀為“×”，才能開始連線。連線到目標元件的引腳上，鼠標再次呈現(xiàn)該形狀時，連線才算結束。學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，還要設置原理圖中的各元件封裝屬性。如果元件的默認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置。

（8）原理圖繪制完畢后，要對項目進行編譯，即進行“ERC”檢測。在這一步驟中，初學者要特別注意是否存在元器件沒有標號，或者存在多個元器件的標號相同的情況，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。設計人員隨時都可以根據(jù)自己的需要，對設計對象進行查看和編輯。

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)設計人員指定的條件對某些元器件的屬性進行批量修改。

比如要設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，假設其默認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”復選框選中的條件下，將“Symbol Reference”項的最后一列，設置為“Same”，以設置查找條件。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對話框中設置查找條件

（3） 此外，Altium Designer還提供了“Footprint Manager”（封裝管理器），設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號，在元件庫中的名稱，以及該元件當前使用的封裝等信息?？赏ㄟ^點擊“Tools/Footprint Manager…”調(diào)出該工具。

圖7 在SCH Inspector中設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、元件封裝及電氣模型導入到PCB文件中。在這一步驟中，學生經(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，要和對應元件上的引腳編號一一對應，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行繪制；2）繪制完畢的每個封裝都必須要設置其參考點，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）要對每個封裝進行命名和一些屬性的設置。如果沒有對其命名，則系統(tǒng)會默認其名為“PCB_Componet_1”，假如該封裝庫中繪制了多個封裝，且都沒有對其進行人為命名，則這些封裝的默認名字都是“PCB_Componet_1”，系統(tǒng)就不能將原件與封裝建立正確的關聯(lián)，元件就無法成功導入到PCB中。

（3）元器件布局

元器件成功導入后，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，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）設置布線規(guī)則

在布線之前，要先設置布線規(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)絡標號，比如要對地線設置線寬，先從列表中選擇“GND”，然后再設置地線的線寬。

圖9 選擇要設置其線寬的網(wǎng)絡標號

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 設置布線線寬的優(yōu)先級

（5）布線及規(guī)則檢測

對于較復雜的電路，通常采用手工布線與系統(tǒng)自動布線相互結合的方式。而初學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計的一個重要過程，是對自動布線結果的修改和優(yōu)化。另外，在布線完畢后，運行DRC規(guī)則檢測，查看布線結果與布線規(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計效率。

（2）PCB界面中實時提供了鼠標所在位置的坐標（x，y）和鼠標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置電路板的尺寸。

圖11 實時查看鼠標的當前坐標和鼠標移動的相對距離

(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)設計人員指定的條件對某些元器件的屬性進行批量修改。

(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行切換。

4.原理圖、封裝與PCB圖的同步更新

在項目設計過程中，有時設計人員對原理圖、電路板的某些參數(shù)或?qū)傩赃M行了修改，如元件的標號、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，大大提高了設計人員的工作效率。

（1）PCB→SCH的更新

如果PCB設計完成后，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.結束語

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

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

[2]精英科技.電路板設計完全手冊[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電路設計入門與提高[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

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