第4讲项目3多谐振荡器的PCB设计

3.5印刷电路板（PCB）设计教学目的及要求：3.5熟悉印刷电路板的PCB设计3.5.1了解PCB设计的规则3.5.2熟练掌握在PCB中放置元件、修改封装，手动布线、自动布线3.6熟练掌握验证用户的PCB板设计教学重点：印刷电路板的PCB设计教学难点：验证用户的PCB板设计复习并导入新课3.1印制电路板的基础知识3.2创建一个新的PCB文件使用PCB向导来创建PCB。在Files面板的底部的Newfromtemplate单元单击PCBBoardWizard创建新的PCB。3.3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Tools→FootprintManager命令3.4导入设计在原理图编辑器选择Design→UpdatePCBDocumentMultivibrator.PcbDoc命令。现在设计者可以开始在PCB上放置元件并在板上布线。在开始设计PCB板之前有一些设置需要做，本项目只介绍设计PCB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8完成。3.5.1设置新的设计规则AltiumDesigner的PCB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，AltiumDesigner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10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：1．激活PCB文件，从菜单选择Design→Rules。2．PCBRulesandConstraintsEditor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DesignRules文件夹的下面，如图3-18所示。双击Routing展开显示相关的布线规则，然后双击Width显示宽度规则。图3-18设计规则对话框3．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3-19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PCB文件创建时在PCBBoardWizard(PCB板向导)中设置的信息。图3-19设置Width规则4．单击Width规则，显示它的范围和约束，如图3-19所示，本规则适用于整个板。AltiumDesigner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（GND）的宽度约束规则，也可以有一个对电源线(+12V)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：（1）在DesignRules规则面板的Width类被选择时，右击并选择NewRule，一个新的名为Width_1的规则出现；然后鼠标再右击并选择NewRule，一个新的名为Width_2的规则出现，如图3-20所示。图3-20添加Width_1、Width_2线宽规则（2）在DesignRules面板单击新的名为Width_1的规则以修改其范围和约束，如图3-21所示。（3）在名称（Name）栏键入+12V，名称会在DesignRules栏里自动更新。（4）在WhereTheFirstObjectMatches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（MinWidth）、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（6）用以上的方法,在DesignRules面板单击名为Width_2的规则以修改其范围和约束。在名称栏键入GND；在WhereTheFirstObjectMatches栏选择单选按钮Net，在选择框内单击向下的箭头，选择GND；将MinWidth、PreferredWidth和MaxWidth宽度改为25mil。注意:导线的宽带由设计者自己决定，主要取决于设计者PCB板的大小与元器件的疏密。（7）最后，单击最初的板子范围宽度规则名Width，将MinWidth、PreferredWidth和MaxWidth宽度栏均设为12mil。（8）单击图3-19的按钮,弹出图3-23所示的优先级对话框，优先级(Priority)列的数字越小，优先级越高。可以按“DecreasePriority”按钮减少选中对象的优先级，按“IncreasePriority”按钮增加选中对象的优先级，图3-23所示的GND的优先级最高，Width的优先级最低，单击Close按钮，关闭EditRulePriorities对话框，单击OK按钮，关闭PCBRulesandConstraintsEditor对话框。当设计者用手工布线或使用自动布线器时，GND导线为25mil，+12V导线为18mil，其余的导线均为12mil。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。1．按快捷键V、D将显示整个板子和所有元件。2．现在放置连接器Y1，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。3．不要松开鼠标左键，移动鼠标拖动元件。4．拖动连接时，按下Space键将其旋转90°，然后将其定位在板子的左边，如图3-24所示。5．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。6．参照图3-24所示放置其余的元件。当设计者拖动元件时，如有必要，使用Space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3-24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Space键旋转。图3-24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。（1）按住Shift键，分别单击4个电阻进行选择，或者拖拉选择框包围4个电阻。（2）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Align→AlignBottom（如图3-25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Align→DistributeHorizontally（如图3-25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（3）如果设计者认为这4个电阻偏左，也可以整体向右移动（4）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。（5）把PCB板边框以外的“Multivibrator”Room块删除，如图3-24所示，选中要删除的块，按Delete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1．首先设计者要找到一个新的封装。单击Libraries面板，点击按钮，弹出下拉菜单，选择显示Footprints(封装)，如图3-26所示；从库列表中选择MiscellaneousDeivices.IntLib[FootprintView]，设计者要的是一个小一些的radial类型的封装，因此在过滤器栏键入rad，单击封装名就会看见与这名字相联系的封装，其中封装RAD-0.1就是设计者需要的，如图3-26所示。图3-26显示元件的封装图3-27ComponentC1对话框方式2．在PCB板上双击电容C1，弹出ComponentC1对话框,在Footprint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3-28BrowseLibraries对话框图3-29布好元件的PCB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PCB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，AltiumDesigner会限制走线为纵向、横向或45°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。1．用快捷键L以显示ViewConfigurations对话框。在SignalLayers区域中选择在BottomLayer旁边的Show选项，单击OK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BottomLayer标签，使PCB板的底部处于激活状态。2．在菜单中单击Place→InteractiveRouting（快捷键：P，T）或者单击放置（Placement）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。3．检查文档工作区底部的层标签。如果TopLayer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。4．将光标定位在排针Y1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Enter按钮，以确定线的起点。5．将光标移向电阻R1底下的焊盘,左击鼠标或按Enter按钮,放置好第一根导线。6．未被放置的线用虚线表示，被放置的线用实线表示。7．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Space键将线段起点模式切换到水平/450/垂直。8．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Delete键来清除所选的线段，该线变成飞线。然后重新布这条线。9．完成PCB上的所有连线后，如图3-30所示，右击或者按ESC键以退出放置模式。10．保存设计（快捷键为F,S或者Ctrl＋S）。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Enter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Ctrl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Shift＋Space来选择各种线的角度模式。角度模式包括：任意角度，450，弧度450，900和弧度900。按Space键切换角度。④在任何时间按End键来刷新屏幕。⑤在任何时间使用V，F键重新调整屏幕以适应所有的对象。⑥在任何时候按PageUP或PageDown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Ctrl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ESC键。⑧为了防止连接了不应该连接的引脚。AltiumDesigner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PCB板设计。3.5.5自动布