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2.1.3 PCB设计
2012-11-13 13:18:13     我来说两句 
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嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础,软、硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。本书共6章:第1章介绍几种嵌入式处理器,包括8051单片机、AVR单片机、A...  立即去当当网订购

1.创建PCB文件

在将原理图转变成PCB版图之前,需要创建一个新的PCB文件。通过Altium Designer自带的PCB设计向导来创建PCB文件是最方便的一种方式。在右侧的“Files”面板中单击“New from template”选项栏中的“PCB Board Wizard”选项,即可打开PCB板向导对话框。如图2-9所示。在创建过程中,用户可以根据实际项目的需要设置PCB板的相关属性。创建好的PCB文件显示出一个预设大小的白色图纸和一个带栅格的黑色空白区域,如图2-10所示。




 

2.导入原理图

PCB文件创建好之后,首先检查一下库中是否包含元件的封装。如果没有,转换原理图时将会出现错误。此外,要确保PCB文件和原理图文件在同一个工程目录下。然后,在原理图环境下,选择菜单项【Design】→【Update PCB Document PCB1.PcbDoc】,系统将自动弹出“Engineering Change Order”对话框,详细列出元件、网络连接、元件类等信息的变化情况,如图2-11所示。如果是第一次运行此选项,系统将会列出所有元件的连接信息,此后将只列出原理图中变化的部分。选择对话框中的“Validate Changes”按钮,系统将检查更改的部分是否有效。如果所有更改都被验证,Status列中将会出现绿色标记。如果更改未通过验证,可根据“Messages”对话框中的提示信息更正所有错误。最后,选择“Execute Changes”按钮,系统会自动修改PCB文件。PCB图中元器件排放效果如图2-12所示。




 

3.PCB环境设置

进行元件布局之前,需设置PCB工作环境,如栅格、板层以及设计规则等。环境参数设置优劣将对设计效果有很大影响。

(1)栅格设置

此步骤的主要工作是设定捕获栅格(Snap Grid),即设置光标移动的最小距离。捕获栅格应设定为最小间距的公因数,这样元器件针脚可以放置在一个栅格点上。

选择菜单项【Design】→【Board Options】,如图2-13所示,弹出“Board Options”对话框,在其中设置栅格。


 

(2)电路板层设置

Altium Designer的PCB板层有以下3种:

?电气层(Electrical Layer):定义元件信息和电气连接特性,包括32个信号层和16个内层。可以在“Layer Stack Manager”对话框中对电气层进行添加或移除,通过选择菜单项【Design】→【Layer Stack Manager】进行设置。

?机械层(Mechanical Layer):定义厚度、制造说明和外形等信息,由16个普通的机械层组成。可以在“View Configurations”对话框中对机械层进行添加、删除或命名。

?特殊层(Special Layer):定义电气及机械特性以外的电路板所具有的属性,包括顶部和底部的阻焊接层、钻孔层和丝网印刷层等。

根据实际需要,用户可以在“Layer Stack Manager”对话框中添加更多的层。对于简单的PCB设计,用单层板或双层板进行布线即可满足需要。选择菜单项【Design】→【Layer Stack Manager】,将弹出层堆栈管理对话框,如图2-14所示。


 

选择菜单项【Design】→【Board Layers &Colors...】,在弹出的“View Configurations”对话框中,用户可以查看或设置配置信息,包括关于PCB工作区的二维及三维环境显示选项配置,以及适用于PCB及PCB库编辑的设置信息,如图2-15所示。


 

(3)PCB设计规则设置

PCB设计过程中,必须遵守一些基本准则,称做设计规则,其在很大程度上决定了PCB设计的成功与否,主要包括电气、布线等方面规则。

PCB设计时必须遵守电气规则,如短路、安全距离、无走线网络和无连接引脚等。同时,还需要遵守布线设计规则,主要包括线宽、布线优先级等。

在PCB编辑环境下,选择菜单项【Design】→【Rules】,在弹出的“PCB Rules and Constraints Editor”(PCB规则和约束限制编辑器)对话框中,用户可以根据需求设置PCB设计规则,如图2-16所示。如果用户仅设计简单的双面板,采用系统默认的设置即可。


 

4.PCB元件布局

PCB元件布局方式有手动布局和自动布局两种。自动布局仅对元件进行初步放置,元件间走线无法达到最优,而且元件摆放不整齐,仅适用于简单电路,或供设计者作为布局参考;对于复杂电路,一般采用手动布局,用户根据自身经验完成元件布局工作,效果较好。

选择菜单项【Tools】→【Component Placement】→【Auto Placer】,系统将弹出“Auto Placer”对话框,用户可以通过该对话框完成对元件的自动布局。

也可采用手动布局方式,对于上例,布好的PCB如图2-17所示。

5.PCB布线

布线是指在电路板上通过过孔和走线连接元件的过程,电路板的元件布局完成之后,即可进行布线操作,可采用手动布线和自动布线两种方式。

自动布线较为简单,布线速度快,能够满足绝大多数系统的设计要求。自动布线可以通过选择菜单栏中的【Auto Route】来完成,用户不仅可以选择对PCB进行整体布线,也可选择对指定连接、元件或区域进行布线。

自动布线无法做到完全智能,不可避免地会出现一些不合理的布线情况,如走线不规则、走线过长等。手动布线则可对其结果进行优化。如果仅设计简单的实例,则完全可以采用手动布线。

在PCB编辑环境下,选择菜单项【Place】→【Interactive Routing】,将进入手动布线状态,鼠标光标变成十字形状。在需要布线的元件焊盘处单击鼠标左键,设置布线起点;随着光标移动,布线不断进行,单击鼠标左键可设置走线拐点,单击右键可退出布线状态,如图2-18所示。


 

Altium Designer可实现45°拐角、45°圆弧形拐角、90°拐角、90°圆弧形拐角和任意角度拐角等多种布线模式。手动布线时,如果想改变布线模式,可以在导线处于浮动状态时按住<Shift>键,同时单击空格键即可。

布线方式不仅会影响电路板的整体美观性,而且对信号质量也有很大影响。不良的布线习惯甚至会导致最终设计的失败。布线时,应该遵循以下几点注意事项:

?先布电源线、地线和高频信号线。

?为了保证电气信号的完整性,应严格控制布线长度,以短而直为宜。

?条件允许时,应该尽量增加布线的宽度,尤其是电源线和地线。

?布线时要尽量减少过孔的数量。

?相邻层间布线应要尽量垂直,以减少寄生耦合。

?为了减少反射干扰,输入线和输出线要尽量避免平行,必要时应在二者之间加地线进行隔离。

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