【文档说明】第4讲项目3多谐振荡器的PCB设计.pptx，共(51)页，986.829 KB，由精品优选上传

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以下为本文档部分文字说明：

3.5印刷电路板（PCB）设计教学目的及要求：⚫熟悉印刷电路板的设计⚫了解设计的规则⚫熟练掌握在中放置元件、修改封装，手动布线、自动布线⚫熟练掌握验证用户的板设计⚫教学重点：印刷电路板的设计⚫教学难点：验证用户的板设计复习并导入新课⚫印

制电路板的基础知识⚫创建一个新的文件⚫使用向导来创建。⚫在面板的底部的单元单击创建新的。⚫用封装管理器检查所有元件的封装⚫在原理图编辑器内，执行命令⚫导入设计⚫在原理图编辑器选择命令。⚫现在设计者可以开始在上放置元件并在板上布线。在开始设计板之前有一些

设置需要做，本项目只介绍设计板的必要设置，其它的设置使用缺省值，详细的介绍将在项目完成。3.5.1设置新的设计规则⚫的编辑器是一个规则驱动环境。这意味着，在设计者改变设计的过程中，如放置导线、移动元件或者自动布线，都会监测每个动作，并检查设计是否仍然完全

符合设计规则。如果不符合，则会立即警告，强调出现错误。在设计之前先设置设计规则以让设计者集中精力设计，因为一旦出现错误，软件就会提示。⚫设计规则总共有个类，包括电气、布线、制造、放置、信号完整性等的约束。现在来设置必要的新的设计规则，指明电源线、地线的宽度。具体步骤

如下：⚫．激活文件，从菜单选择。⚫．对话框出现。每一类规则都显示在对话框的设计规则面板的左边文件夹的下面，如图所示。双击展开显示相关的布线规则，然后双击显示宽度规则。图3-18设计规则对话框⚫．单击选择每条规则。当设计者单击每条规则时，右边的

对话框的上方将显示规则的范围（设计者想要的这个规则的目标）如图所示，下方将显示规则的限制。这些规则都是默认值，或在新的文件创建时在板向导中设置的信息。图3-19设置Width规则⚫．单击规则，显示它的范围和约束，如图所示，本规则适用于整个板。⚫的设计规则系统的一个强大功能是：同种类型可以定义多种

规则，每个规则有不同的对象，每个规则目标的确切设置是由规则的范围决定的，规则系统使用预定义优先级，来确定规则适用的对象。⚫例如，设计者可以有对接地网络（）的宽度约束规则，也可以有一个对电源线的宽度约束规则（这个规则忽略前一个规则），可能有一个对整个板的

宽度约束规则（这个规则忽略前两个规则，即所有的导线除电源线和地线以外都必须是这个宽度），规则依优先级顺序显示。现在设计者要为+12V和GND网络各添加一个新的宽度约束规则，要添加新的宽度约束规则，完成以下步骤：⚫（）在规则面板的类被选择时，右击并选择，一个新的名为的规则出现；然后鼠标

再右击并选择，一个新的名为的规则出现，如图所示。⚫图添加、线宽规则⚫（）在面板单击新的名为的规则以修改其范围和约束，如图所示。⚫（）在名称（）栏键入，名称会在栏里自动更新。（4）在WhereTheFirstObjectMatche

s栏选择单选按钮Net，在选择框内单击向下的箭头，选择+12V，如图3-21所示。图3-21选择+12V网络⚫（5）在Constraints栏，单击旧约束文本（10mil）并键入新值，将最小线宽（MinWi

dth）、首选线宽（PreferredWidth）和最大线宽(MaxWidth)均改为18mil。注意必须在修改MinWidth值之前先设置MaxWidth宽度栏，如图3-22所示。图3-22修改线的宽度⚫（）用以上的方法在面板单击名

为的规则以修改其范围和约束。在名称栏键入；在栏选择单选按钮，在选择框内单击向下的箭头，选择；将、和宽度改为。⚫注意导线的宽带由设计者自己决定，主要取决于设计者板的大小与元器件的疏密。⚫（）最后，单击最初的板子范围宽度规则名

，将、和宽度栏均设为。⚫（）单击图的按钮弹出图所示的优先级对话框，优先级列的数字越小，优先级越高。可以按“”按钮减少选中对象的优先级，按“”按钮增加选中对象的优先级，图所示的的优先级最高，的优先级最低，单击按钮，关闭对话框，单击按钮，关闭对话框。当设计者

用手工布线或使用自动布线器时，导线为，导线为，其余的导线均为。图3-23线宽的优先级3.5.2在PCB中放置元件⚫现在设计者可以放置元件了。⚫．按快捷键、将显示整个板子和所有元件。⚫．现在放置连接器，将光标放在连接器轮廓

的中部上方，按下鼠标左键不放。光标会变成一个十字形状并跳到元件的参考点。⚫．不要松开鼠标左键，移动鼠标拖动元件。⚫．拖动连接时，按下键将其旋转°，然后将其定位在板子的左边，如图所示。⚫．元件定位好后，松开鼠标

左键将其放下，注意元件的飞线将随着元件被拖动。⚫．参照图所示放置其余的元件。当设计者拖动元件时，如有必要，使用键来旋转元件，让该元件与其它元件之间的飞线距离最短，这样飞线如图所示。⚫元器件文字可以用同样的方式来重新定位按下鼠标左键不放来拖动文字，按键旋转。图放置元

件AltiumDesigner具有强大的而灵活的放置工具，让设计者使用这些工具来保证四个电阻正确地对齐和间隔。⚫（）按住键，分别单击个电阻进行选择，或者拖拉选择框包围个电阻。⚫（）光标放在被选择的任一个电阻上，变成带箭头的黑色十字光标，单击右键并

选择（如图所示），那么四个电阻就会沿着它们的下边对齐；单击右键并选择（如图所示），那么四个电阻就会水平等距离摆放好。图3-25排列对齐元件⚫（）如果设计者认为这个电阻偏左，也可以整体向右移动⚫（）在设计窗口的其它任何地方左击鼠标取消选择所有的电阻，这四个电阻现在就对齐了并且等间距。⚫（）把板边框以

外的“”块删除，如图所示，选中要删除的块，按键即可。3.5.3修改封装⚫现在已经将封装都定位好了，但电容的封装尺寸太大，需要改作更小尺寸的封装。⚫方式．首先设计者要找到一个新的封装。单击面板，点击按钮，弹出下拉菜单，选择显

示封装，如图所示；从库列表中选择，设计者要的是一个小一些的类型的封装，因此在过滤器栏键入，单击封装名就会看见与这名字相联系的封装，其中封装就是设计者需要的，如图所示。图3-26显示元件的封装⚫图对话框⚫方式2．在PCB板上双击电容C1，弹出ComponentC1对话框,在Fo

otprint栏将Name处改为RAD-0.1或者单击Name处的如图3-27所示，弹出BrowseLibraries对话框如图3-28所示，选择RAD-0.1,按OK按钮即可。⚫图对话框图布好元件的板⚫每个对象都定位放置好后，就可以开始布线了！3.5.4手

动布线⚫布线是在板上通过走线和过孔以连接元件的过程。⚫自动布线器提供了一种简单而有效的布线方式。但在有的情况下，设计者将需要精确地控制排布的线，或者设计者可能想享受一下手动布线的乐趣！在这些情况下可以手动为部分或整块板布线。在这一节

的例子中，将手动对单面板进行布线，将所有线都放在板的底部。⚫在上的线是由一系列的直线段组成的。每一次改变方向即是一条新线段的开始。此外，默认情况下，会限制走线为纵向、横向或°角的方向，让设计者的设计更专业。这种限制可以进行设定，以满足设计者的需要，但对于本例，将使用默认值。⚫．用快捷键以显示对话

框。在区域中选择在旁边的选项，单击按钮，底层标签就显示在设计窗口的底部了。在设计窗口的底部单击标签，使板的底部处于激活状态。⚫．在菜单中单击（快捷键：，）或者单击放置（）工具栏的按钮，光标变成十字形状，

表示设计者处于导线放置模式。⚫．检查文档工作区底部的层标签。如果标签是激活的，按数字键盘上的“”键，在不退出走线模式的情况下切换到底层。“”键可用在信号层之间切换。⚫．将光标定位在排针较低的焊盘（选中焊盘后，焊盘周围有一个小框围住）。左击鼠标或按按钮，以确定线的起点。⚫．将光标移向电阻底下的

焊盘左击鼠标或按按钮放置好第一根导线。⚫．未被放置的线用虚线表示，被放置的线用实线表示。⚫．使用上述任何一种方法，在板上的其他元器件之间布线。在布线过程中按键将线段起点模式切换到水平垂直。⚫．如果认为某条

导线连接得不合理，可以删除这条线：方法选中该条线，按键来清除所选的线段，该线变成飞线。然后重新布这条线。⚫．完成上的所有连线后，如图所示，右击或者按键以退出放置模式。⚫．保存设计（快捷键为或者＋）。图3-30完成手动布线的PCB板布线的时候请记住以下几点

。⚫①单击或按键，来放置线到当前光标的位置。状态栏显示的检查模式代表未被布置的线，已布置的线将以当前层的颜色显示为实体。⚫②在任何时候使用键十’单击’来自动完成连线。起始和终止引脚必须在同一层上，并且连线上没有障碍物。⚫③使用＋来选择各种线的

角度模式。角度模式包括：任意角度，，弧度，和弧度。按键切换角度。⚫④在任何时间按键来刷新屏幕。⚫⑤在任何时间使用，键重新调整屏幕以适应所有的对象。⚫⑥在任何时候按或键，以光标位置为核心，来缩放视图。使用鼠标滚轮向上边和下边平移。按住键，用鼠标滚轮来进行放大和缩小。⚫⑦当设计者完成布

线并希望开始一个新的布线时，右击或按键。⚫⑧为了防止连接了不应该连接的引脚。将不断地监察板的连通性，并防止设计者在连接方面的失误。⚫⑨重布线是非常简便的，当设计者布置完一条线并右击完成时，冗余的线段会被自动清除。⚫祝贺！设计者已经手工布线完成了板设

计。3.5.5自动布线⚫请完成以下步骤，设计者会发现使用软件是如此方便。⚫．首先，从菜单选择（快捷键，）取消板的布线。⚫．从菜单选择（快捷键，），弹出对话框，单击按钮。显示自动布线的过程。⚫提供的布线结果可

以与一名经验丰富的设计师相比，如图所示。这是因为在窗口中对设计者的板进行直接布线，而不需要导出和导入布线文件。⚫图自动布线结果⚫（）单击＋命令（快捷键：，）来储存设计者设计的板。⚫注：线的放置由通过两种颜色来呈现。红色，表明该线在顶端的信号层；蓝色，表明该线在底部的信

号层。要用于自动布线的层在中的设计规则中指定。设计者也会注意到连接到连接器的两条电源网络导线要粗一些，这是由设计者所设置的两条新的设计规则所指明的。⚫如果设计中的布线与图不完全一样，也是正确的，因为手动布线时，布的是单面板，而自动布线时，布的

是双面板，再加上元器件摆放位置不完全相同，布线也会不完全相同。图为自动布线的结果。⚫因为最初在中确定的板是双面印刷电路板，所以设计者可以使用顶层和底层来手工将设计者的板布线为双面板。要这样做，从菜单选择（快捷键，）取消板的布线。象以前那样开始布线，但要在放置导线时用“”键在层间切

换。软件在切换层的时候会自动地插入必要的过孔。3.6验证设计者的板设计⚫提供一个规则驱动环境来设计，并允许设计者定义各种设计规则来保证板设计的完整性。比较典型的做法是，在设计过程的开始设计者就设置好设计规则，然后在设计进程的最后用这些规则来验证设计。

⚫在本例中设计者已经添加了二个新的宽度约束规则。设计者也注意到已经由板向导创建了许多规则。⚫为了验证所布线的电路板是符合设计规则的，现在设计者要运行设计规则检查。⚫选择（快捷键），确认单元的选项旁的复选框被勾选，这样错误标记（）才会显示出来。从图3-

31可以看出，三极管Q1、Q2的焊盘呈现绿色高亮，表示它们违反了设计规则，因为规则是实时检查的。下面检查违反设计规则的原因：⚫1．从菜单选择Tools→DesignRuleCheck（快捷键T，D）,弹出Desi

gnRuleChecker对话框如图3-32所示，保证DesignRuleChecker对话框的实时和批处理设计规则检测都被配置好。点一个类查看其所有原规则，如单击Electrical,可以看到属于那个种类的所有规则。⚫图设计

规则检查对话框⚫2．保留所有选项为默认值，单击RunDesignRuleCheck按钮。DRC就开始运行，Messages将自动显示，并在该文件夹Generated--Documents下，产生了Design

RuleCheck–Multivibrator.html文件,点击它显示如图3-33所示。图3-33设计规则检查报告从Multivibrator.html文件看出有三个地方出错，错误如下：⚫1．ClearanceConstraint(Gap=1

3mil)(All),(All)⚫2．SilktoSolderMask(Clearance=10mil)(IsPad),(All)⚫3．MinimumSolderMaskSliver(Gap=10mil)(All),(All)⚫错误结果也将显示在Messa

ges面板。打开Messages面板，鼠标双击Messages面板中的一个错误，可以跳转到对应的PCB中的位置。下面依次解决3个违反设计规则的地方，现在检查第1个违反设计规则的地方：⚫ClearanceConstraint(Gap=13mil)(All),(A

ll)。指出三极管Q1和Q2的焊盘违反了13mil安全间距规则。一、找出三极管焊盘间的实际间距：⚫．在文档激活的情况下，将光标放在一个三极管的中间按键来放大视图。⚫．选择（快捷键，），光标变成十字形状。⚫．将光标放在三极管中间的一个焊盘的中心

，左击或按。因为光标是在焊盘和与其连接的导线上，所以会有一个选择框弹出来让设计者选择需要的对象（如图），从选择框中选择三极管的焊盘。图3-34选择框选择需要的对象4．将光标放在Q1三极管右边焊盘的中心，左击或按ENTER,再一次从弹出选择框中选择焊盘，一个信息框将打开显示两个焊

盘的边缘之间的最小距离是10.63mil，如图3-35所示。⚫图3-35显示焊盘边缘的距离⚫．单击按钮关闭信息框，然后右击或按退出测量模式，在且、快捷键重新缩放文档。二、设计者查看当前安全间距设计规则。⚫1．从菜单选择Design→Rule

s（快捷键D，R）打开PCBRulesandConstraintsEditor对话框。双击Electrical类在对话框的右边显示所有电气规则。双击Clearance类型展开该行，然后单击展开Clearance打开它。对话框底部区将包括一个单一的

规则，指明整个板的最小安全间距（MinimumClearance）是13mil，如图3-36所示。而三极管焊盘之间的间距小于这个值，这就是为什么当运行DRC规则检查的时候，它们弹出了违反规则的信息。⚫图3-36Electrical类设计规则⚫现在知道

两个三极管焊盘之间的最小距离是10.63mil，建立一个针对三极管焊盘之间的设计规则，大小为10mil。⚫2．在PCBRulesandConstraintsEditor对话框中选择Clearance类型（左列

），右击并选择NewRule添加一个新的安全间距约束规则Clearance_1。⚫3．双击新的安全间距规则Clearance_1，在Constraints单元设置MinimumClearance为10mil，如图3-37所示。⚫图3-37设置

最小间距10mil⚫4．由于该规则是一个二元规则（既有2个对象：导线、焊盘）。在图3-36中选择第一个对象（whereTheFirstObjectMatches），单击Advanced(Query)选项，然后单击Qu

eryHelper按钮(如图3-36所示)，弹出QueryHelper的对话框(如图3-38所示)，在Categories栏选择MembershipChecks,然后在Name栏双击HasFootprintPad，HasFootprint(,)就出现在query栏，在(,)

内输入三极管封装的名字：‘TO-92A’并在逗号后输入：‘*’，如图3-38所示，设置好后，单击OK关闭对话框；或在图3-36的FullQuery栏直接键入：HasFootprintPad(‘TO-92A’,‘*’)。“*”表

示名为TO-92A的“任何焊盘”。⚫图的对话框⚫5．在步骤4设置好规则Clearance_1的约束范围后，单击OK按钮关闭对话框。⚫6．设计者现在可以从DesignRulesChecker对话框（To

ols→DesignRuleCheck）单击RunDesignRuleCheck按钮重新运行DRC。就不会有“1.ClearanceConstraint(Gap=13mil)(All),(All)”的提示信息了。现在来检查第二第三个错误提示：⚫2.S

ilktoSolderMask(Clearance=10mil)(IsPad),(All)⚫3．MinimumSolderMaskSliver(Gap=10mil)(All),(All)⚫1．从菜单选择Design→Rules（快捷键D，R）打开PCBRulesand

ConstraintsEditor对话框。双击Manufacturing类在对话框的右边显示所有制造规则（如图3-39所示），现在看出第2、3个错误提示信息都属于制造规则类，现在的主要任务是设计PCB板，与制造的关系不大，所以可以关闭这2个规则

。⚫方法：在图3-39对话框的右边，找到SilkscreenOverComponentPads和MinimumSolderMaskSliver两行，把Enabled栏的复选框的“√”去掉即可,表示不进行该2项的规则检查。图设计规则编辑对话框⚫2．单击图3-39的OK按钮，PCB板上就没

有绿色的高亮显示了，如图3-1所示。现在重新从DesignRulesChecker对话框（Tools→DesignRuleCheck）单击RunDesignRuleCheck按钮重新运行DRC，就不会有任何错误的提示信息了。3.7在3

D模式下查看电路板设计⚫如果设计者能够在设计过程中使用设计工具直观地看到自己设计板子的实际情况，将能够有效的帮助他们的工作。AltiumDesigner软件提供了这方面的功能，下面研究一下它的3D模式。在3D模式下可

以让设计者从任何角度观察自己设计的板。⚫AltiumDesigner软件的3D环境的要求支持DirectX9.0C及相关技术，并使用一块独立的显卡。对于如何测试系统，以及让AltiumDesigner可以使用DirectX，单击菜单Tools→Preferences打开Preferences对话

框中如图3-40所示，选择PCBEditor的Display选项，按“TestDirectX”按钮，测试显卡是否支持DirectX，以下按提示做，如果显卡支持DirectX，就可进行如下操作。⚫注意：DirectX9

.0C软件可以从网上下载，然后进行安装。图参数设置对话框3.7.1设计时的3D显示状态⚫要在PCB编辑器中切换到3D，只需单击View→SwitchTo3D命令（快捷键：3）或者从列表中PCB标准工具栏中选择一个3D视图配置，如图3-41所示。图3-41选择3D显

示⚫进入3D模式时，一定要使用下面的操作来显示3D，否则就要出错，提示：Actionnotavailablein3dview。⚫1.缩放——按Ctrl键十鼠标右键，然后拖动；或者Ctrl十鼠标滚轮；或

者PageUp／PageDown键。⚫2.平移——按鼠标滚轮：向上／向下移动；Shift十鼠标滚轮：向左／右移动；按鼠标右键并拖动向任何方向移动。⚫3.旋转——按住Shift键不放，再按鼠标右键，进人3D旋转模式。光标处以一个定

向圆盘的方式来表示如图3-42。该模型的旋转运动是基于圆心的，使用以下方式控制。图板的显示⚫①用鼠标右键拖拽圆盘中心点，任意方向旋转视图。⚫②用鼠标右键拖拽圆盘水平方向箭头（），关于轴旋转视图。⚫③用鼠标右键拖拽圆盘垂直方向箭

头（），关于轴旋转视图。3.7.23D显示设置⚫使用上述的操作命令，设计者可以非常方便的在3D显示状态实时查看正在设计板子的每一个细节。使用板层和颜色设置对话框可以修改这些设置，通过菜单Design→BoardLayers&Colors或者快捷键‘L’来访问此对

话框如图3-43所示。用该对话框，设计者根据板子的实际情况设置相应的板层颜色，或者调用已经存储的板层颜色设置。这样，3D显示的效果会更加逼真。图板层和颜色设置对话框小结：⚫3.1印制电路板的基础知识⚫3

.2创建一个新的PCB文件⚫3.3用封装管理器检查所有元件的封装⚫3.4导入设计⚫3.5印刷电路板（PCB）设计⚫3.5.1设置新的设计规则⚫3.5.2在PCB中放置元件⚫3.5.3修改封装⚫3.5.4手动布线⚫3.5.5

自动布线⚫3.6验证设计者的板设计⚫3.7在3D模式下查看电路板设计习题⚫P631-5⚫预习项目4