Altium Designer 原理圖與 PCB 設計 (附微課視頻)

黄智伟，教授，电子设计类畅销书作者，从事一线教学三十载，指导多届学生参与全国大学生电子设计大赛，实战经验丰富。

第 1章　Altium Designer 15操作基礎　1

1.1　Altium Designer 15簡介　1

1.2　Altium Designer 15的運行環境要求　2

1.3　Altium Designer 15軟件的安裝和卸載　3

1.3.1　Altium Designer 15的安裝　3

1.3.2　Altium Designer 15的漢化　6

1.3.3　Altium Designer 15的卸載　6

1.4　Altium Designer 15的主窗口　6

1.5　Altium Designer 15的菜單欄和工具欄　7

1.5.1　用戶配置按鈕　7

1.5.2　“文件”菜單　9

1.5.3　“視圖”菜單　10

1.5.4　“工程”菜單　11

1.5.5　“窗口”和“幫助”菜單　12

1.5.6　工具欄　12

1.6　工作區面板　12

1.7　Altium Designer 15的文件管理系統　13

1.7.1　項目文件　13

1.7.2　自由文件　13

1.7.3　存盤文件　13

1.8　Altium Designer 15的開發環境　13

1.8.1　Altium Designer 15原理圖開發環境　14

1.8.2　Altium Designer 15 PCB開發環境　14

1.8.3　Altium Designer 15模擬編輯環境　14

1.8.4　Altium Designer 15 VHDL編輯環境　15

1.9　編輯器的啟動　15

1.9.1　創建新的項目文件　16

1.9.2　原理圖編輯器的啟動　17

1.9.3　PCB編輯器的啟動　17

1.9.4　不同編輯器之間的切換　18

第 2章　原理圖設計基礎　19

2.1　原理圖簡介　19

2.1.1　原理圖的組成　19

2.1.2　原理圖設計的一般流程　20

2.2　原理圖編輯器　21

2.2.1　打開原理圖編輯器　21

2.2.2　原理圖編輯器主菜單　21

2.2.3　原理圖編輯器工具欄　22

2.2.4　工作窗口和工作面板　23

2.3　原理圖的圖紙參數設置　24

2.4　繪圖工具的使用　27

2.4.1　繪圖工具命令和按鈕　27

2.4.2　繪制直線　27

2.4.3　繪制貝塞爾曲線　28

2.4.4　繪制橢圓弧線　29

2.4.5　繪制多邊形　29

2.4.6　繪制矩形　30

2.4.7　繪制圓角矩形　30

2.4.8　繪制橢圓　31

2.4.9　繪制餅形圖（扇形圖）　32

2.4.10　添加說明文字　32

2.4.11　添加圖像　34

2.5　原理圖設計環境參數設置　35

2.5.1　“General”參數設置　35

2.5.2　“Graphical Editing”參數設置　37

2.5.3　“Mouse Wheel Configuration”參數設置　40

2.5.4　“Compiler”參數設置　41

2.5.5　“AutoFocus”參數設置　42

2.5.6　“Library AutoZoom”參數設置　43

2.5.7　“Grids”參數設置　43

2.5.8　“Break Wire”參數設置　44

2.5.9　“Default Units”參數設置　45

2.5.10　“Default Primitives”參數設置　46

2.5.11　“Orcad（tm）”參數設置　48

第3章　原理圖的繪制　49

3.1　元器件庫的操作　49

3.1.1　Altium Designer 15的元器件庫　49

3.1.2　查找元器件　49

3.1.3　元器件庫的加載與卸載　50

3.2　元器件的操作　52

3.2.1　放置元器件　52

3.2.2　編輯元器件屬性　52

3.2.3　元器件的刪除　54

3.2.4　元器件的編號　54

3.3　元器件的位置調整　55

3.3.1　元器件的選取和取消選取　55

3.3.2　元器件的移動　56

3.3.3　元器件的旋轉　56

3.3.4　元器件的復制與粘貼　57

3.3.5　元器件的排列與對齊　59

3.4　繪制電路原理圖　60

3.4.1　繪制原理圖的工具　60

3.4.2　繪制導線　60

3.4.3　繪制總線　63

3.4.4　放置電路結點　65

3.4.5　設置網絡標號　66

3.4.6　放置電源和接地符號　68

3.4.7　放置輸入/輸出埠　70

3.4.8　放置忽略ERC檢查測試點　72

3.4.9　電路原理圖繪制示例　72

第4章　原理圖的編輯　79

4.1　工作窗口的操作　79

4.1.1　工作窗口的縮小和放大　79

4.1.2　原理圖的刷新　80

4.1.3　打開/關閉工具欄和工作面板　80

4.1.4　打開/關閉狀態信息顯示欄　80

4.2　對象的復制、剪切和粘貼　81

4.3　查找與替換操作　83

4.3.1　文本的查找與替換　83

4.3.2　相似對象的查找　84

4.4　元器件的編號管理　86

4.4.1　元器件的重新編號　86

4.4.2　元器件編號的反向標註　89

4.5　元器件的過濾　89

4.6　添加和放置PCB設計規則和標志　91

4.6.1　添加PCB設計規則　91

4.6.2　放置PCB Layout標志　92

4.7　原理圖的快速瀏覽　94

4.7.1　利用“Navigator”面板瀏覽　94

4.7.2　利用“SCH Filter”面板瀏覽　95

4.8　原理圖的查錯、編譯和修正　96

4.8.1　原理圖的查錯　96

4.8.2　原理圖的編譯　101

4.8.3　原理圖的修正　102

4.9　電路原理圖設計示例　103

第5章　層次化原理圖設計　110

5.1　層次化原理圖設計簡介　110

5.1.1　層次化原理圖設計的基本概念　110

5.1.2　頂層原理圖的基本組成　111

5.2　“自上而下”的層次化原理圖設計　111

5.2.1　繪制頂層原理圖　112

5.2.2　繪制子原理圖　115

5.3　“自下而上”的層次化原理圖設計　116

5.4　層次原理圖之間的切換　117

5.4.1　利用“Projects”面板切換　117

5.4.2　利用命令方式切換　117

5.5　原理圖的報表輸出　119

5.5.1　原理圖的網絡表　120

5.5.2　原理圖的元器件報表　123

5.5.3　層次設計表　128

5.6　打印輸出　128

5.6.1　打印電路圖　128

5.6.2　輸出PDF文檔　129

5.7　綜合示例　133

5.7.1　“自上而下”層次電路設計示例　133

5.7.2　“自下而上”層次電路設計示例　140

第6章　PCB設計基礎　144

6.1　元器件在PCB上的安裝形式　144

6.1.1　元器件單面安裝形式　144

6.1.2　元器件雙面安裝形式　144

6.1.3　元器件之間的間距　144

6.1.4　元器件佈局形式　146

6.1.5　測試探針觸點/通孔尺寸　148

6.2　焊盤設計　148

6.2.1　焊盤類型　148

6.2.2　焊盤尺寸　149

6.3　過孔設計　149

6.3.1　過孔類型　149

6.3.2　過孔的電流模型　150

6.3.3　過孔焊盤與孔徑尺寸設置　150

6.3.4　過孔與SMT焊盤的連接　151

6.3.5　過孔到金手指的距離　152

6.3.6　PCB的過孔電容　152

6.3.7　PCB的過孔電感　153

6.3.8　典型過孔的RLC參數　154

6.4　PCB的疊層設計　154

6.4.1　PCB的疊層設計一般原則　154

6.4.2　四層板設計　156

6.4.3　六層板設計　156

6.4.4　八層板設計　157

6.4.5　十層板設計　158

6.5　PCB的RLC　159

6.5.1　PCB的導線電阻　159

6.5.2　PCB的導線電感　160

6.5.3　PCB導線的阻抗　160

6.5.4　PCB導線的互感　162

6.5.5　PCB電源和接地平面電感　162

6.5.6　PCB的導線電容　163

6.5.7　PCB的平行板電容　163

6.6　PCB布線的一般原則　164

6.6.1　控制走線方向　164

6.6.2　檢查走線的開環和閉環　164

6.6.3　控制走線的長度　165

6.6.4　控制走線分支的長度　165

6.6.5　拐角設計　165

6.6.6　差分對走線　166

6.6.7　控制PCB導線的阻抗　167

6.6.8　設計接地保護走線　168

6.6.9　防止走線諧振　169

6.6.10　布線的一些工藝要求　169

6.7　PCB的地線設計　171

6.7.1　接地系統設計的一般規則　171

6.7.2　參考面　172

6.7.3　避免接地平面開槽　172

6.7.4　接地點的相互距離　174

6.7.5　地線網絡　175

6.7.6　電源線和地線的柵格　177

6.7.7　電源線和地線的指狀佈局　178

6.7.8　**小化環面積　179

6.7.9　局部接地面　181

6.7.10　參考層的重疊　182

6.7.11　20H原則　183

6.8　去耦濾波器電路的PCB設計　184

6.8.1　去耦電容器的安裝位置　184

6.8.2　與電源引腳端共享一個

焊盤　186

6.8.3　採用小面積的電源平面　187

6.8.4　連接在每個電源引腳端上　187

6.8.5　抑制電容器並聯的反諧振　188

6.8.6　降低去耦電容器的ESL　190

6.8.7　靠近IC放置的允許距離　190

6.9　電源電路的PCB設計　191

6.9.1　開關型調節器的PCB設計　191

6.9.2　開關電源的PCB設計　196

6.10　模數混合系統的PCB設計　201

6.10.1　模數混合電路PCB的分區　201

6.10.2　PCB分割的隔離與互連　201

6.10.3　模擬地和數字地分割　202

6.10.4　按電路功能分割接地面　203

6.10.5　採用“統一地平面”形式　203

6.10.6　模數電源平面的分割　205

6.10.7　導線環的面積**小化　205

6.10.8　提供電流的返迴路徑　206

6.10.9　改進ADC的接地設計　206

6.10.10　模數混合系統的電源和接地佈局示例　209

6.11　放大器電路的PCB設計　210

6.11.1　放大器輸入端保護環設計　210

6.11.2　放大器PCB的對稱設計　211

6.11.3　差分電路的PCB設計　211

6.12　射頻電路的PCB設計　214

6.12.1　“零阻抗”接地　214

6.12.2　“無窮大阻抗”輔助接地　216

6.12.3　復雜射頻系統的接地　216

6.12.4　半波長PCB連接線接地　217

6.12.5　1/4波長PCB連接線接地　217

6.12.6　連線上的過孔數量與尺寸　217

6.12.7　埠的PCB連線設計　219

6.12.8　PCB保護環　220

6.12.9　接地平面的開縫設計　220

6.12.10　PCB走線形式　222

6.13　PCB的散熱設計　223

6.13.1　PCB的熱性能分析　223

6.13.2　PCB基材選擇　224

6.13.3　PCB元器件的佈局　225

6.13.4　PCB的布線　227

6.13.5　裸露焊盤的PCB設計　229

第7章　PCB設計環境和基本操作　233

7.1　Altium Designer 15 PCB編輯器簡介　233

7.2　PCB編輯器的設計界面　234

7.2.1　菜單欄　235

7.2.2　工具欄　235

7.3　創建PCB文件　236

7.3.1　利用“PCB板向導”創建PCB文件　236

7.3.2　利用菜單命令創建PCB文件　239

7.3.3　利用模板創建PCB文件　239

7.4　PCB結構及環境參數設置　240

7.4.1　PCB板型設置　240

7.4.2　PCB圖紙設置　243

7.4.3　PCB層面設置　246

7.4.4　PCB板層顏色設置　248

7.4.5　PCB布線框設置　250

7.4.6　“參數選擇”設置　250

7.5　PCB圖與原理圖的同步和更新　257

7.5.1　裝載元器件封裝庫　257

7.5.2　同步比較規則設置　257

7.5.3　導入網絡表　258

7.5.4　原理圖與PCB圖的同步更新　260

7.6　PCB視圖操作　263

7.6.1　視圖的移動　263

7.6.2　視圖的放大或縮小　263

7.6.3　視圖的整體顯示　263

7.7　元器件的手動佈局　264

7.7.1　手動佈局的菜單命令　264

7.7.2　元器件的對齊操作　265

7.7.3　元器件說明文字的位置調整　265

7.7.4　元器件的間距調整　265

7.7.5　移動元器件到柵格上　266

7.7.6　元器件的手動佈局操作示例　266

7.8　3D效果圖　267

7.9　網絡密度分析　268

7.10　PCB設計示例　268

第8章　PCB的編輯　273

8.1　PCB的設計規則　273

8.1.1　PCB規則及約束編輯器　273

8.1.2　“Electrical”設計規則　274

8.1.3　“Routing”設計規則　275

8.1.4　“SMD”設計規則　279

8.1.5　“Mask”設計規則　280

8.1.6　“Plane”設計規則　281

8.1.7　“Test Point”設計規則　283

8.1.8　“Manufacturing”設計規則　284

8.1.9　“High Speed”設計規則　287

8.1.10　“Placement”設計規則　289

8.1.11　“Signal Integrity”設計規則　289

8.2　PCB的“自動布線”策略　289

8.2.1　默認的“自動布線”策略　289

8.2.2　添加新的“自動布線”策略　290

8.2.3　設置PCB“自動布線”策略　292

8.3　PCB的“自動布線”操作　292

8.3.1　“自動布線”菜單命令的操作　292

8.3.2　“自動布線”的手動調整　296

8.4　PCB的“覆銅”　297

8.4.1　啟動“覆銅”命令　297

8.4.2　設置“覆銅”屬性　298

8.4.3　放置“覆銅”的操作步驟　300

8.5　補“淚滴”　300

8.6　添加安裝孔　302

8.7　PCB的測量　303

8.7.1　測量工具菜單命令　303

8.7.2　測量距離　303

8.7.3　測量導線長度　304

8.8　DRC（設計規則檢查）　304

8.8.1　DRC報告選項和規則　304

8.8.2　在線DRC和批處理DRC　306

8.8.3　對未布線的PCB進行“批處理DRC”　307

8.8.4　對已布線的PCB進行“批處理DRC”　308

8.9　PCB的報表輸出　308

8.9.1　PCB的網絡表　308

8.9.2　PCB的信息報表　310

8.9.3　元器件報表　311

8.9.4　簡單元器件報表　312

8.9.5　網絡表狀態報表　313

8.10　PCB的打印輸出　314

8.10.1　打印PCB文件　314

8.10.2　打印報表文件　317

8.11　生成Gerber文件　317

第9章　電路模擬　321

9.1　電路模擬的基本概念　321

9.2　元件的模擬模式及參數　322

9.2.1　常用元件的模擬參數設置　322

9.2.2　特殊模擬元件的參數設置　323

9.2.3　模擬數學函數　326

9.2.4　模擬電源及激勵源　331

9.3　電路模擬分析方式選擇和參數設置　335

9.3.1　電路模擬分析方式　335

9.3.2　模擬通用參數設置　336

9.3.3　工作點分析　337

9.3.4　瞬態特性分析　338

9.3.5　直流掃描分析　339

9.3.6　交流小信號分析　340

9.3.7　噪聲分析　340

9.3.8　零-極點分析　341

9.3.9　傳遞函數分析　342

9.3.10　溫度掃描分析　343

9.3.11　參數掃描分析　343

9.3.12　蒙特卡羅分析　344

9.3.13　模擬波形管理　345

9.4　電路模擬示例　346

9.4.1　電路模擬方法和步驟　346

9.4.2　電路模擬示例　346

第 10章　信號完整性分析　354

10.1　信號完整性分析基礎　354

10.1.1　上升時間與帶寬　354

10.1.2　傳播速度與材料介電常數　356

10.1.3　反射　356

10.1.4　串擾　358

10.1.5　同時開關噪聲（SSN）　360

10.1.6　PDN與SI，PI和EMI　362

10.1.7　EMI噪聲與控制　364

10.1.8　利用PCB分層堆疊設計抑制EMI輻射　365

10.1.9　高速數字電路的差模輻射與控制　366

10.1.10　高速數字電路的共模輻射與控制　368

10.2　信號完整性分析工具簡介　371

10.3　信號完整性分析規則參數設置　371

10.3.1　“Signal Integrity”規則選擇　371

10.3.2　“Signal Stimulus”規則　373

10.3.3　“Overshoot-Falling Edge”規則　374

10.3.4　“Overshoot-Rising Edge”規則　374

10.3.5　“Undershoot-Falling Edge”規則　374

10.3.6　“Undershoot-Rising Edge”規則　374

10.3.7　“Impedance”規則　375

10.3.8　“Signal Top Value”規則　375

10.3.9　“Signal Base Value”規則　375

10.3.10　“Flight Time-Rising Edge”規則　375

10.3.11　“Flight Time-Falling Edge”規則　375

10.3.12　“Slope-Rising Edge”規則　376

10.3.13　“Slope-Falling Edge”規則　376

10.3.14　“Supply Nets”規則　376

10.4　設定元件的信號完整性模型　376

10.4.1　在信號完整性分析之前設定元件的SI模型　377

10.4.2　在信號完整性分析過程中設定元件的SI模型　379

10.5　信號完整性分析器設置　381

10.6　信號完整性分析示例　385

10.6.1　PCB信號完整性分析示例　385

10.6.2　PCB信號串擾分析示例　391

第 11章　繪制元器件　394

11.1　繪制原理圖庫元件　394

11.1.1　打開原理圖庫文件編輯器　394

11.1.2　工具欄　394

11.1.3　“工具”菜單的庫元器件管理命令　397

11.1.4　設置庫編輯器工作區參數　398

11.1.5　“SCH Library”面板　399

11.1.6　繪制庫元件　400

11.1.7　繪制含有子部件的庫元件　404

11.1.8　元件報告　405

11.1.9　庫報告　406

11.1.10　元件規則檢查器　406

11.2　繪制PCB庫元器件封裝　407

11.2.1　PCB庫編輯器　407

11.2.2　PCB庫編輯器環境設置　409

11.2.3　利用PCB器件向導創建規則的PCB元件封裝　410

11.2.4　手工創建不規則的PCB元件封裝　412

11.2.5　元件封裝檢錯和元件封裝

庫報表　415

參考文獻　417