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【AD】Altium Designer PCB文件的繪制(下篇:PCB布線和后續(xù))

 眼鏡蛇圖書館zh 2019-12-19

軟件版本:Altium Designer 14

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(chǎn)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(zhàn)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(chǎn)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(chǎn)生耦合。

和布局一樣,除非你的元件數(shù)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(guī)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(guī)則,這些規(guī)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(guī)則進行詳細設置:設計->規(guī)則。

  • Electrical(電氣規(guī)則):用于系統(tǒng)DRC(電氣規(guī)則檢查)功能。當布線的過程中違反了電氣規(guī)則時,DRC檢查器將自動報警提示。電氣規(guī)則包括:Clearance(安全間距規(guī)則,默認10mil)、Short-Circuit(短路規(guī)則,擁有不同網(wǎng)絡標號的對象相交報錯)、Un-Routed Net(取消布線網(wǎng)絡規(guī)則,是否可以出現(xiàn)未連接的網(wǎng)絡)、Un-Connected Pin(未連接引腳規(guī)則,是否可以出現(xiàn)未連接的引腳);

  • Routing(布線規(guī)則):設置自動布線過程中的布線規(guī)則。如:布線寬度、布線優(yōu)先級、布線拓撲結構、布線工作層規(guī)則、導線拐彎規(guī)則、布線過孔樣式規(guī)則(默認過孔直徑50mil,孔徑28mil)等;

  • SMT(表貼封裝規(guī)則):設置表面安裝型元件的走線規(guī)則。如:表面安裝元件的焊盤與導線拐角處最小間距規(guī)則等;

  • Mask(阻焊規(guī)則):設置阻焊劑鋪設的尺寸。如:阻焊層與焊盤之間的間距規(guī)則、錫膏防護層與焊盤之間的間距規(guī)則;

  • Plane(中間層布線規(guī)則)、Testpoint(測試點規(guī)則)、Manufacturing(生產(chǎn)制造規(guī)則)、High Speed(高速信號相關規(guī)則)、Placement(元件放置規(guī)則)、Signal Integrity(信號完整性規(guī)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(wǎng)絡、網(wǎng)絡類、連接、區(qū)域、Room、元件等多種不同的自動布線方式。

由于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

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

怎么調(diào)整網(wǎng)格大???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:用于拆除PCB板上的所有導線;

  • 工具->取消布線->網(wǎng)絡:用于拆除某一個網(wǎng)絡上的所有導線;

  • 工具->取消布線->連接:用于拆除某個連接上的所有導線;

  • 工具->取消布線->器件:用于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(wǎng)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(guī)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(tǒng)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(qū)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(chǎn)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(qū)別:

  • 焊盤用于實現(xiàn)元件與PCB板的電氣連接,焊盤的通孔用于焊接直插型元件的管腳;

  • 過孔用于布線過程中的層切換,以便實現(xiàn)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)。元件安裝在Top Layer層,所以只能連接紅色的線。

如果你按照上面的步驟嘗試了一下,你應該會發(fā)現(xiàn),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(wǎng)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(fā)現(xiàn)焊盤是有網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡設置成與P11焊盤一樣的網(wǎng)絡。

但是,由于第一種方式不對網(wǎng)絡進行判斷,萬一你連接錯了,對不起,那就基本很難發(fā)現(xiàn)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(wǎng)格線,通常很難準確定位引腳的位置。這個時候,你需要一個方法來電路某個特定的網(wǎng)絡。

點亮特定網(wǎng)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(qū)域即可。

PCB圖后續(xù)操作

添加安裝孔

電路板布線完成之后,就可以開始著手添加安裝孔。

安裝孔通常采用過孔的形式,并和接地網(wǎng)絡相連,以便于后期的調(diào)試工作。

覆銅

覆銅有一系列的導線組成,可以完成電路板內(nèi)不規(guī)則區(qū)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(qū)域與電路的一個網(wǎng)絡相連,多數(shù)情況是與GND網(wǎng)絡相連。單面電路板覆銅可以提高電路的抗干擾能力,經(jīng)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(wǎng)絡狀)、None(無)。

通常只需要設置連接到網(wǎng)絡->GND,死銅移除就行了。

點擊確定后,光標會變成十字形狀,用光標沿著PCB的的邊緣畫出一塊區(qū)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著板子邊框,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(guī)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(guī)則檢查(Design Rule Check,DRC)。

設計規(guī)則檢查:工具->設計規(guī)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(guī)則列表。

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

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