1、會計學1電子線路電子線路CAD實用教程基于實用教程基于Altium Designer平臺平臺 雙印制板設計舉例雙印制板設計舉例2021-10-17 在編輯PCB文件(.PcbDoc)前，可按下列步驟創建項目文件及相關設計文件。 (1) 執行“File”菜單下的“NewProjectPCB Project”命令，創建PCB類型項目文件(.PrjDoc)，并以“APFC反激(60W)”作為項目文件名保存。 (2) 執行“File”菜單下的“NewSchematic”命令，創建原理圖文件(.SchDoc)，并以“APFC單管(60W)”作為原理圖文件名保存。 (3) 在“元件庫”面板內，分別裝入用戶

2、元件庫文件(包括元件電氣圖形符號庫文件、PCB封裝圖庫文件)。為提高軟件運行速度，強烈建議裝入用戶元件庫文件。 (4) 執行“File”菜單下的“NewPCB”命令，創建PCB文件(.PcbDoc)，并以“APFC單管(60W)”作為PCB文件名保存。 預先創建空白PCB文件的目的是為了在編輯原理圖過程中，方便元件封裝圖的復制操作。 (5) 執行“File”菜單下的“Open Project”命令，打開用戶集成庫文件包(LibPkg)。第1頁/共32頁2021-10-17至此，基本上建立了原理圖編輯環境，項目管理器內文件結構如圖所示。 圖圖9.1.1 為方便原理圖編輯創建的設計環為方便原理圖編

3、輯創建的設計環境境第2頁/共32頁2021-10-17 在原理圖編輯器狀態下，編輯如圖所示的APFC反激變換器原理圖文件。原理圖文件編輯方法在第2、4章已介紹過，這里不再贅述。 圖圖9.1.2 APFC反激變換器原理圖反激變換器原理圖 第3頁/共32頁 檢查原理圖文件中元件連接關系是否正確，是否存在序號重復元件，以及每一元件對應的封裝圖是否存在、是否正確。 1. 原理圖的編譯 有些錯誤，如元件序號重復問題可通過執行“Project”(項目)菜單下的“Compile Document xxxx.SchDoc”(編譯xxxx.SchDoc原理圖文件)命令，在“Messages”(信息窗口)觀察到。

4、假設在圖中，存在兩個序號為CY2的元件，則編譯后將在“Messages”窗口內觀察到序號重復的提示信息，同時在原理圖上對應元件旁邊還給出“波浪線”提示符，如圖所示。 圖圖9.1.3 有問題元件旁用有問題元件旁用“波浪線波浪線”提示提示 第4頁/共32頁2021-10-172. 創建網絡表 有些錯誤，如連線問題漏連或多連，編譯時不一定能發現，只能靠目視檢查，或執行“Design”菜單下的“Net list for Project”(適用于含有多張原理圖的層次電路)或“Netlist for Document”(當前文件)命令，并選擇“Protel”類型，生成網絡表文件后，再逐一檢查、核對Prot

5、el類型網絡表文件中每一節點上元件的連接關系。 3. 利用封裝圖管理器檢查 在原理圖編輯狀態下，執行“Tools”菜單下的“Footprint Manager”(封裝管理)命令，在圖窗口內，逐一檢查原理圖中每一元件的封裝圖是否存在，否則返回原理圖編輯狀態，在元件屬性窗口內，添加元件封裝模型。 第5頁/共32頁2021-10-17圖圖9.1.5 封裝圖管理器界面封裝圖管理器界面 第6頁/共32頁2021-10-17 在原理圖準備就緒后，就可以準備PCB文件。先驟創建一個新的空白的PCB文件。 第7頁/共32頁 本例中的PCB板外形尺寸已確定，各部位尺寸(單位為mm)如圖所示。圖圖9.2.3 PC

6、B外形尺寸外形尺寸 設置參考點(原點)實用工具繪制PCB板邊框設置PCB邊框，結果如圖所示。9.2.7 由選中對象定義的圖紙區外形由選中對象定義的圖紙區外形 第8頁/共32頁2021-10-17 在排版前，先根據原理圖復雜度、使用環境、生產成本、性能指標等條件，初步確定PCB板工藝，原因是不同工藝的排版策略、排版質量不同，元件封裝方式選擇不完全相同。 本例中元件數目不多，連接關系也不復雜，考慮使用雙面板，小功率元件以貼片封裝為主，采用“單面SMD+THC”混裝方式；當元件面布局困難時，再考慮將部分小功率低厚度貼片封裝元件，如貼片電阻、電容，以及SOT-23封裝三極管、二極管等放置到焊錫面內。

7、第9頁/共32頁 單擊“Project”按鈕，切換到原理圖SCH編輯狀態，執行“Design”(設計)菜單下的“Update PCB Document xxx.PcbDoc”命令，將原理圖中元件封裝信息及其電氣連接裝入指定的PCB文件中，操作過程如下：(1) 在SCH編輯狀態下，執行“Design”(設計)菜單下的“Update PCB Document xxx.PcbDoc”命令，將彈出圖所示的工程更新信息。 圖圖9.3.1 工程更新信息工程更新信息 (2) 單擊圖中的“Execute Changes”(執行更新)按鈕，然后再單擊“Only Show Errors”(僅顯示錯誤)按鈕，檢查有

8、無錯誤。 第10頁/共32頁2021-10-17關閉后，即可發現原理圖中元件封裝圖已自動裝入PCB文件中，如圖所示。 圖原理圖文件中元件封裝圖已裝入了圖原理圖文件中元件封裝圖已裝入了PCB文件文件 第11頁/共32頁2021-10-17 完成了PCB文件更新操作后，原理圖中元件對應的PCB封裝圖及其連接關系已裝入PCB文件中，接下來就可以進行元件布局操作。所謂布局就是將元件PCB封裝圖從布線區外移到PCB布線區內合適位置，布局操作好壞將直接影響PCB板的設計效果。 1. 設置元件移動步長 將元件封裝圖移到PCB板布線區前，可先執行“Design”菜單下的“Board Option”命令，在圖所

9、示窗口內，將元件移動步長固定為25mil，以保證穿通封裝元件焊盤位于格點上，而光標移動步長X、Y固定為5mil(與元件移動步長最好保持整數倍關系)。 2. 安全間距設置 在放置元件操作前，必要時，可借助“Design”菜單下的“Rules”命令，設置元件安全間距。 第12頁/共32頁2021-10-17 所謂元件安全間距就是元件間外輪廓線的最小距離，如圖所示。元件最小間距與元件封裝絕緣方式、帶電體電位差、貼片(或插件)方式(手工還是自動)有關。 圖圖9.4.1 元件間距圖例元件間距圖例 第13頁/共32頁元件安全間距設置操作過程如下： (1) 執行“Design”菜單下的“Rules”命令，在

10、圖所示“設計規則”窗口內，單擊“Placement”(放置)標簽，并選擇“Component Clearance”(元件安全間距)。 圖圖9.4.3 元件安全間距設置元件安全間距設置 (2) 在圖所示窗口內，設置元件封裝圖外輪廓線水平方向、垂直方向最小距離(Altium Designer允許單獨設置垂直方向間距)。 第14頁/共32頁3. 元件安全間距檢查 設置了元件安全間距后，當元件實際間距小于安全間距時，除了顯示為警告色外，還可在“PCB面板”窗口內，以“Rules and Violations”作為瀏覽對象，在“規則分類”列表窗內，單擊“Component Clearance Const

11、raint”，并選中狀態列表窗內的“On”，即可觀察到圖所示的違反設計規則詳細信息。 圖圖9.4.5 違反設計規則詳細列表違反設計規則詳細列表 第15頁/共32頁2021-10-17 在布局、布線前，一定要理解原理圖的基本工作原理、用途，原理圖由哪些單元電路組成、各單元電路工作電壓大小及工作頻率高低、哪些節點電壓波動最大、哪些節點屬于弱信號、每一支路電流大小、哪些元件發熱量大、哪些元件怕熱，以及成品按什么標準測試。所有這些問題在元件布局、PCB布線操作過程中必須做到心中有數，否則布局、布線操作就顯得很盲目，甚至設計出的PCB板無法使用。 1. 大電流回路與開關節點第16頁/共32頁2021-1

12、0-17在本設計例中大電流回路、開關節點如圖粗線所示。 圖大電流回路與開關節點圖大電流回路與開關節點 第17頁/共32頁2. 高發熱元件與熱敏感元件 例中高發熱量元件包括了整流橋BR、高頻變壓器T1、開關管Q2，以及次級高頻整流二極管D4D5、輸出濾波電容E2E5；熱敏感元件主要有光電耦合器件U2、APFC控制芯片U1、基準電壓源U3等。 3. 弱信號線與弱信號電路 在本例中，容易被強信號干擾的弱信號線(圖中的粗線)及弱信號電路(圖中帶灰色背景的單元電路)包括： 圖圖9.4.8弱信號線與弱信號電路弱信號線與弱信號電路 第18頁/共32頁2021-10-174. 安全間距 由于初級側電壓差大，必

13、須注意初級側元件及導電圖形的安全間距，初級-次級絕對等級高，兩者間距必須保持6.0mm以上。 第19頁/共32頁2021-10-17 為便于元件管理與手工布局操作，可在“PCB面板”窗口內，以“Components”作為瀏覽對象。 在缺省狀態下，PCB編輯器自動建立了“All Components”(全部元件)、“Bottom Side Components”(底層，即焊錫面內元件)、“Inside Board Components”(布線區內元件)、“Outside Board Components”(布線區外的元件) 、“Top Side Components”(頂層，即元件面內元件)以及

14、原理圖對應的元件。 必要時，操作者可雙擊其中的某類元件(或執行“Design”菜單下的“Classes”命令)進入圖所示的“對象分類管理器”窗口內。 第20頁/共32頁2021-10-17圖圖9.4.10 對象分類管理器對象分類管理器 將鼠標移到某一分類對象，如“All Components”上，單擊右鍵，調出對象分類操作常用命令，選擇其中的“Add Class”即可創建新的元件類別，然后再逐一將指定元件添加到新創建的元件類型中即可。 第21頁/共32頁2021-10-17 盡管電子CAD類軟件都提供了所謂“自動布局”功能，Altium Designer也不例外，理論上，操作者可以借助“Too

15、ls”菜單下的“Component PlacementAuto Placer”命令完成元件的布局操作。 但無論軟件提供的“自動布局”功能如何完善，“自動布局”算法如何科學，也解決不了各類PCB設計過程中元件布局遇到的所有問題。實際上，一塊元件布局合理、電磁兼容性能好、熱穩定性高、工作可靠、便于批量生產的印制電路板并不能采用CAD軟件中的自動布局功能，只能借助手工布局方式完成元件的布局。 第22頁/共32頁1. 預布局 (2) 對照原理圖，按信號流向、電位剃度由左到右大致確定不同單元電路在PCB板上的位置，如圖所示。 圖圖9.4.13 按信號流向大致確定單元電路在按信號流向大致確定單元電路在PC

16、B上的位置上的位置 (1) 先放置對位置有特殊要求的元件。 (3) 熱敏感元件盡量遠離發熱元件。 (4) 發熱量大的元件，彼此之間不要靠得太近，避免通過熱輻射效應相互加熱。 (5) 為減小貼片、插件工藝的錯誤，板上或彼此相鄰的同類型極性元件方向盡可能一致，如圖中的輸出濾波電容E2E5的極性盡可能相同。 (6) 在雙面或多層板中，如果少量小尺寸貼片元件無法放在元件面內，也可以考慮將其在Bottom Layer(焊錫)面內。 第23頁/共32頁2021-10-172. 細調元件位置細調元件位置 如果布局后，擬采用“自動布線+手工修改”方式完成布線操作，則在完成了元件大致布局后，需要進一步細調元件位

17、置。反之，在完成元件大致布局后，依靠手工布線操作時，則不需要精確調整元件位置，原因是可在手工連線操作過程中一邊連線一邊調整元件位置。 第24頁/共32頁 在完成了元件布局操作后，可執行“View”菜單下的“Switch To 3D”命令，進入3D顯示狀態，以便確認大尺寸元件間距、高度是否合理，操作過程如下： 1. 添加缺省的3D模型 如果PCB上大尺寸元件PCB封裝圖沒有3D模型時，可先執行“Tools”菜單下的“Manage 3D Bodies for Components On Board”(管理PCB板上元件3D模型)命令給PCB板上的元件添加簡易3D模型，如圖所示。 圖圖9.5.1管理

18、管理PCB板上元件板上元件3D模型模型 第25頁/共32頁 在圖所示元件列表窗口內，逐一找出并單擊需要填加3D模型的元件，如圖中的BR，并在“Interactive”窗口下，選擇3D模型形狀、高度、所在層、顏色等即可。當然，如果PCB板上的元件封裝圖已存在3D模型，可無須指定。也沒有必要對所有元件，尤其是空間高度很小的貼片元件指定3D模型。 2. 進入3D顯示狀態 給一個或多個元件增加了3D簡易模型后，即可執行“View”菜單下的“Switch To 3D”命令，進入3D顯示狀態，觀察3D顯示效果，如圖所示。 圖圖9.5.2 部分大尺寸元件部分大尺寸元件3D顯示效果顯示效果 第26頁/共32頁

19、2021-10-17 所謂布線操作是指通過手工或自動方式，用印制導線完成原理圖中元器件的連接關系。布線是印制板設計過程中關鍵環節之一，并非“連通”了就萬事大吉，不良的布線可能會降低電路系統抗干擾性能指標，甚至不能工作。 第27頁/共32頁 在布線前，尤其是自動布線操作前，必須根據電路特征(如工作電壓、電流容量、最高工作頻率、可靠性指標、安規標準等)，執行“Design”菜單下的“Rules”命令，檢查并修改有關布線規則，如走線寬度、導線與導線之間以及導線與焊盤之間的最小距離、平行走線最大長度、走線方向、敷銅區與焊盤連接方式等是否滿足要求(未設置時將采用缺省參數布線，但設計規則內的缺省參數難以滿足各式各樣印制電路板的布線要求),否則布線效果會很差。 圖圖9.6.1 設計規則設計規則 第28頁/共32頁 手工布線是PCB設計過程中最基本、最有效的布線方式。實踐表明：一塊布線質量優良、工作可靠、易于加工、成品率高的PCB板往往依靠全手工或自動與