Altium Designer PCB文件的繪制(下:PCB布線和檢查)


在完成電路板的布局工作后,就可以開始布線操作了。在PCB的設計中,布線是完成產品設計的最重要的步驟,其要求最高、技術最細、工作量最大。PCB布線可分為單面布線、雙面布線、多層布線。布線的方式有自動布線和手動布線兩種。

在PCB上布線的首要任務就是在PCB板上布通所有的導線,建立起電路所需的所有電氣連接,這在高密度的PCB設計中很具有挑戰性。在完成所有布線的前提下,還有如下要求:

  • 走線長度盡量短而直,以保證電氣信號的完整性;
  • 走線中盡量少使用過孔;
  • 走線的寬度要盡量寬;
  • 輸入、輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產生反射干擾,必要時應該加地線隔離;
  • 相鄰電路板工作層之間的布線要互相垂直,平行則容易產生耦合。

和布局一樣,除非你的元件數目很少,結構很簡單,否則還是建議慢慢用手動布線吧。

 

電路板的自動布線

設置PCB自動布線的規則

Altium Designer在PCB電路板編輯器中為用戶提供了10大類49種設計規則,這些規則覆蓋了元件的電氣特性、走線寬度、走線拓撲結構、表面安裝焊盤、阻焊層、電源層、測試點、電路板制作、元件布局、信號完整性等設計過程中的方方面面。

在進行自動布線前,首先應對自動布線的規則進行詳細設置:設計->規則。

  • Electrical(電氣規則):用於系統DRC(電氣規則檢查)功能。當布線的過程中違反了電氣規則時,DRC檢查器將自動報警提示。電氣規則包括:Clearance(安全間距規則,默認10mil)、Short-Circuit(短路規則,擁有不同網絡標號的對象相交報錯)、Un-Routed Net(取消布線網絡規則,是否可以出現未連接的網絡)、Un-Connected Pin(未連接引腳規則,是否可以出現未連接的引腳);
  • Routing(布線規則):設置自動布線過程中的布線規則。如:布線寬度、布線優先級、布線拓撲結構、布線工作層規則、導線拐彎規則、布線過孔樣式規則(默認過孔直徑50mil,孔徑28mil)等;
  • SMT(表貼封裝規則):設置表面安裝型元件的走線規則。如:表面安裝元件的焊盤與導線拐角處最小間距規則等;
  • Mask(阻焊規則):設置阻焊劑鋪設的尺寸。如:阻焊層與焊盤之間的間距規則、錫膏防護層與焊盤之間的間距規則;
  • Plane(中間層布線規則)、Testpoint(測試點規則)、Manufacturing(生產制造規則)、High Speed(高速信號相關規則)、Placement(元件放置規則)、Signal Integrity(信號完整性規則)。

自動布線的操作

菜單欄自動布線的選項,提供了對全部、網絡、網絡類、連接、區域、Room、元件等多種不同的自動布線方式。

由於自動布線本人好像沒怎么用過,這里就不多敘述了。

 

電路板的手動布線

對於手動布線,要靠用戶自己規划元件布局和走線路徑,而網格是用戶在空間和尺寸度量過程中最重要的依據。因此合理地設置網格,會方便設計者規划布局和放置導線。用戶在設計的不同階段可根據需要隨時調整網格的大小。例如:在元件布局階段,可將捕捉網格設置的大一點,如20mil;而在布線階段捕捉網格要設置的小一點,如5mil甚至更小,尤其是在走線密集的區域。

怎么調整網格大小?快捷鍵:G(Grid的意思)。

拆除布線

在工作窗口中選擇導線后,按Delete鍵即可刪除導線,完場拆除布線的操作。但是這樣可能有時候會導致工作量很大,很繁瑣。Altium Designer中,可以通過一些其他命令進行快速地拆除布線。

  • 工具->取消布線->全部:用於拆除PCB板上的所有導線;
  • 工具->取消布線->網絡:用於拆除某一個網絡上的所有導線;
  • 工具->取消布線->連接:用於拆除某個連接上的所有導線;
  • 工具->取消布線->器件:用於拆除某個元件上的所有導線。

使用后面的三個命令時,光標會變成十字形狀。移動光標到對應的導線/導線/元件上單擊,則與該導線/導線/元件相連接的網絡/連接/元件上的所有導線全部被拆除。

手動布線

手動布線,同樣也遵循自動布線時設置的規則。

手動布線的操作

手動布線和之前原理圖的導線連接一樣,可以放置->交互式布線,或者使用布線工具欄的按鈕進行交互式布線。

手動布線模式主要有任意角度、90°拐角、90°弧形拐角、45°拐角、45°弧形拐角五種。按Shift+Space鍵即可在5種模式之間切換,按Space鍵可以在每一種的開始和結束模式之間切換。

手動布線中層的切換

在進行交互式布線時,按*鍵(小鍵盤)可以在不同的信號層之間切換,這樣可以完成不同層之間的走線。在不同層間進行走線時,系統將自動為其添加一個過孔。

但是,如果你使用的是筆記本電腦,沒有小鍵盤的*鍵的話,就直接在工作窗口的最下欄手動切換層,手動添加過孔。

手動布線中過孔的添加

如果在手動布線的時候,遇到步線交叉的情況,這時候就需要使用過孔。

手動布線中過孔的使用:放置->過孔,布線工具欄按鈕(注意與焊盤按鈕的區別)。

例如:

在圖中的褐色回形的標志、白色回形的標志,如果直接連接的話,會產生交叉。就使用一個過孔,褐色回形的連接在Top Layer層,是紅色;而白色回形的連接先在Bottom Layer層繞過,再翻到Top Layer層。

先解釋一下,過孔和焊盤的區別:

  • 焊盤用於實現元件與PCB板的電氣連接,焊盤的通孔用於焊接直插型元件的管腳;
  • 過孔用於布線過程中的層切換,以便實現所需的電氣連通性。

但是,焊盤和過孔在Top Layer層和Bottom Layer層都是可以連接的!

  在圖中,褐色回形連接的左邊、白色回形連接的左邊都是焊盤的標志,所以既可以紅色的線連接上,藍色的線也可以連接上。但是褐色回形連接的右邊、白色回形連接的右邊都不是焊盤,而是元件(電感),並且元件安裝在Top Layer層,所以只能連接紅色的線,白色回型與電感相連防止與紅線交叉只能從Bottom layer曾布線然后通過過孔紅線連接電感

  如果你按照上面的步驟嘗試了一下,你應該會發現,當你使用交互式布線的時候,一端連接上了某個焊盤,另一端去連接過孔的時候是連接不上去的!見下圖中的白色方框部分:

這是什么原因呢?

當使用交互式布線的時候,會對連接的兩端進行網絡檢查,看是不是能夠連在一起!你可以分別雙擊P11的焊盤、過孔,會發現焊盤是有網絡的,而新添加的過孔是沒有的!這當然不能成功。

解決的方法有兩種:

  • 使用走線連接,放置->走線。走線是不對連接兩端的網絡進行判斷的,想怎么連接就怎么連接(不推薦);
  • 使用交互式布線連接,但是需要將過孔的網絡設置成與P11焊盤一樣的網絡。

  但是,由於第一種方式不對網絡進行判斷,萬一你連接錯了,對不起,那就基本很難發現這個錯誤了。建議使用第二種,盡管可能稍微有點繁瑣。

手動布線的小技巧

  當你手動布線的時候,亂七八糟的飛線,加上很亂的引腳,還有背景的網格線,通常很難准確定位引腳的位置。這個時候,你需要一個方法來電路某個特定的網絡。

  點亮特定網絡:Ctrl+某一個元件或者飛線。

當你需要取消高亮顯示的時候,直接Ctrl+空白區域即可。

 

PCB圖后續操作

添加安裝孔

電路板布線完成之后,就可以開始着手添加安裝孔。

安裝孔通常采用過孔的形式,並和接地網絡相連,以便於后期的調試工作。

覆銅

完成布局連線后開始鋪銅操作

  • Place -> Polygon...     或者點擊快捷工具欄中的“Place Polygon Plane”按鈕
  • 在彈框中的Net Options 中的Connect to Net選項選GND,勾選去除死銅“Remove Dead Copper”

覆銅有一系列的導線組成,可以完成電路板內不規則區域的填充。

在繪制PCB圖時,覆銅主要是指把空余沒有走線的部分用導線全部鋪滿。用銅箔鋪滿部分區域與電路的一個網絡相連,多數情況是與GND網絡相連。單面電路板覆銅可以提高電路的抗干擾能力,經過覆銅處理后制作的印刷板會顯得十分美觀,同時,通過大電流的導電通路也可以使用覆銅的方法來加大過電流的能力。

通常覆銅的安全間距應該在一般導線安全間距的兩倍以上。

覆銅命令:放置->多邊形覆銅。

覆銅的方式有三種:Solid(實體)、Hatched(網絡狀)、None(無)。

通常只需要設置連接到網絡->GND,死銅移除就行了。

點擊確定后,光標會變成十字形狀,用光標沿着PCB的的邊緣畫出一塊區域,覆銅操作就行了。然后,再選擇Bottom Layer層進行覆銅就行了。

覆銅的注意點:覆銅的時候盡量不要緊靠着板子邊框,稍微留一點空隙出來。

覆銅完成后,整個PCB板子就會變得比較亂,看不清楚。怎么才能隱藏覆銅的呢?

快捷鍵:Ctrl+D->多邊形->隱藏的。

當然,也可以和之前一樣選出板層顏色的對話框,在板層顏色的旁邊就有顯示/隱藏的標簽了。

 

PCB圖的最后階段

電路板的測量

Altium Designer提供了電路板的測量工具,方便設計電路時的檢查。

電路板的測量:報告->測量距離。

設計規則檢查

電路板布線完畢,在輸出設計文件之前,還要進行一次完整的設計規則檢查(Design Rule Check,DRC)。

設計規則檢查:工具->設計規則檢查。

Report Options標簽下,主要為DRC報表選項。

Rules To Check標簽下,主要為DRC規則列表。

在DRC規則列表中,分為“在線”和“批量”兩種方式。這邊是對規則是在線DRC還是批量DRC進行設置,而某一項規則的具體內容就是和上文自動布線的規則設置部分是一樣的了:設計->規則。


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