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第8章印刷电路板的布线设计印刷电路板的布线设计在完成电路板的布局工作以后，就可以开始布线操作了。在PCB的设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，其要求最高、技术最细、工作量最大。其首要任务就是在PCB板上布通所有的导线，建立起电路所需的所有电气连接，这在高密度PCB设计中很具有挑战性。PCB布线可分为单面布线、双面布线和多层布线。AltiumDesigner的PCB布线方式有自动布线和手动布线两种方式。采用自动布线时，系统会自动完成所有布线操作；手动布线方式则要根据飞线的实际情况手工进行导线连接。实际布线时，可以先用手动布线的方式完成一些重要的导线连接，然后再进行自动布线，最后再用手动布线的方式修改自动布线时的不合理连接。本章将从具体实例来介绍基本布线工具、布线的规则，自动布线和手动布线等。通过本章的学习，大家能够了解整个制板过程和具体操作。放置布线工具把所有的工作全部交给AltiumDesignerSummer09系统来自行完成是不现实的。绝大多数情况下，设计者还需要手工完成布局、放置、布线、调整等操作。在PCB板上放置元器件、导线、焊盘、字符串等等图元是开展PCB设计需要掌握的最基本技能。AltiumDesignerSummer09为用户提供了丰富的图元放置和调整工具，如放置导线、焊盘、过孔、字符串、尺寸标注，或者绘制直线、圆弧等，这些操作可通过使用前面所讲过的【布线】工具栏和【实用工具】栏所提供的快捷操作或命令完成。此外，还可以使用如图8-1所示的【放置】菜单进行图元放置。显然，这种方式效率较低。图8-1【放置】菜单放置焊盘放置焊盘在PCB板设计过程中，放置焊盘是PCB设计中最基础的操作之一。特别是对于一些特殊形状的焊盘，还需要用户自己定义焊盘的类型并进行放置。【例8-1】放置焊盘操作1)在PCB设计环境中，执行【放置】/【焊盘】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，此时光标变成十字型，并带有一个焊盘。2)移动光标到PCB板的合适位置，单击鼠标即可完成放置。此时PCB编辑器仍处于放置焊盘的命令状态，移动到新的位置，可进行连续放置，如图8-2所示。单击鼠标右键或按Esc键可退出放置状态。图8-2放置焊盘放置焊盘双击所放置的焊盘，或者在放置过程中按Tab键，可以打开如图8-3所示的【焊盘】属性对话框。图8-3【焊盘】属性对话窗放置导线放置导线操作在PCB设计中使用最为频繁，在进行手工布线或者布线调整时，最主要的工作就是对于导线的放置和调整。导线通常放置在信号层，用来实现不同元件焊盘间的电气连接。导线的放置在布线过程中，导线应选择正确的工作层面加以放置。选择需要布线的工作层面，可以单击板层标签中的相应工作层名称切换到导线要放置的工作层，也可以按数字小键盘上的*键或者+键和-键在所有信号层之间循环更换。每按一次按键，就由当前层转到下一布线层。放置导线导线的放置设定当前的工作层为顶层，执行【放置】/【InteractiveRouting】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标都可以激活导线放置命令。此时光标变成十字型，在具有网络连接的元器件起点处或网络起点处单击鼠标确定即可，如图8-5所示。图8-5放置导线放置导线确定起点后，拖动鼠标开始导线的放置。在拐角处单击鼠标确认，作为当前线段的终点，同时也作为下一段导线的起点。此时导线显示的颜色为当前工作层─顶层的颜色。在拖动鼠标过程中，如果进行换层操作，系统会在鼠标所在点自动出现一个过孔，此时单击鼠标即可放置过孔。继续拖动鼠标，在终点处单击，完成导线的放置。此时，光标仍为十字型，系统仍处于导线放置状态，可在新的起点继续单击放置导线。单击鼠标右键或按Esc键可退出放置状态。放置导线导线的属性设置使用【InteractiveRoutingForNet】对话框进行设置在放置导线的过程中，按键盘上的Tab键，可以呼唤出【InteractiveRoutingForNet】对话框，如图8-6所示。通过这个对话窗可对正在进行放置的导线进行设置。图8-6【InteractiveRoutingForNet】对话框放置圆及圆弧导线圆弧可以作为特殊形状的导线布置在信号层，也可以用来定义边界或绘制一些特殊图形。在PCB编辑器中，系统为用户提供了如图8-9所示4种放置圆及圆弧的方法，分别是：中心法放置圆弧、边沿法放置90°圆弧、放置任意角度圆弧和放置圆环。所谓中心法放置圆弧就是以圆弧中心为起点进行绘制，而所谓边沿法放置圆弧就是通过确定圆弧的起点和终点来放置一个圆弧。图8-9放置圆及圆弧菜单命令放置圆及圆弧导线边沿法绘制圆弧执行【放置】/【圆弧（任意角度）】命令，或者单击【实用工具】下拉工具栏中的图标，此时光标变成十字型，进入放置状态。移动光标，在合适位置处单击鼠标，确定圆弧边沿的起点，拖动光标，调整圆弧的半径大小，如图8-10所示。单击鼠标确定后，光标回到圆弧上，如图8-11所示。图8-10确定起点、半径图8-11画出任意圆弧放置圆及圆弧导线拖动光标到适当位置处，单击确定圆弧的终点，如图8-12所示。此时，拖动圆弧上的小方块，可以对该圆弧的半径和起点、终点位置进行调整，而拖动圆弧中心的小十字，则可以移动整个圆弧。调整完毕，再次单击鼠标确定，完成圆弧的放置，如图8-13所示。图8-12确定圆弧终点图8-13完成圆弧放置放置圆及圆弧导线双击所放置的圆弧，打开如图8-14所示的【Arc】对话框。在该对话框内，可以详细设置圆弧的有关属性。图8-14圆弧属性设置放置过孔执行【放置】/【过孔】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，此时光标变成十字型，并带有一个过孔，移动光标到合适位置处，单击鼠标即可完成放置。双击所放置的过孔，或者在放置过程中按Tab键，可以打开如图8-15所示的【过孔】属性对话框。图8-15过孔属性设置过孔的放置以及属性的设置与焊盘基本相同，需要注意的是，过孔的孔径宜小不宜大，但过小的孔径也会增加PCB板的制板难度。放置矩形填充矩形填充是一个可以放置在任何层面的矩形实心区域。放置在信号层时，就成为一块矩形的铺铜区域，可作为屏蔽层或者用来承担较大的电流，以提高PCB板的抗干扰能力；放置在非信号层，比如放置在禁止布线层时，它就构成一个禁入区域，自动布局和自动布线都将避开这个区域；而放置在多层板的电源层、助焊层、阻焊层时，该区域就会成为一个空白区域，即不铺电源或者不加助焊剂、阻焊剂等；放置在丝印层时，则成为印刷的图形标记。放置矩形填充执行【放置】/【填充】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，此时光标变成十字型，进入放置状态。移动光标，在PCB板中单击鼠标左键确定矩形填充起始点，确定矩形填充的一个顶点，拖动光标，调整矩形填充的尺寸大小，如图8-16所示。图8-16确定一个顶点图8-17确定对角顶点图8-18放置矩形填充单击鼠标，确定矩形填充的对角顶点，如图8-17所示。此时拖动小方块或小十字，可以调整矩形填充的大小、位置、旋转角度等，如图8-18所示。放置矩形填充调整完毕，再次单击鼠标确定，完成矩形填充的放置。双击所放置的矩形填充，会打开如图8-19所示的【填充】对话框。在该对话框内，可以详细设置矩形填充的有关属性。图8-19矩形填充属性设置放置敷铜敷铜的放置是PCB板设计中的一项重要操作，一般在完成了元件布局和布线之后进行，把PCB板上没有放置元件和导线的地方都用铜膜来填充，以增强电路板工作时的抗干扰性能。敷铜只能放置在信号层，可以连接到网络，也可以独立存在。与前面所放置的各种图元不同，敷铜在放置之前需要对即将进行的敷铜进行相关属性的设置。执行【放置】/【多边形敷铜】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，系统弹出【多边形敷铜】对话框，如图8-20所示。图8-20敷铜属性设置放置敷铜执行【放置】/【多边形敷铜】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，在打开的对话框中进行敷铜属性的有关设置。本实例中采用实心填充模式、在“TopLayer”上进行敷铜，敷铜连接网络为“GND”、要求去除死铜、覆铜与元器件及其他网络的间距规则设定为15mil。设置完毕后单击按钮，关闭对话框，返回编辑窗口中，此时光标变成十字型。图8-21敷铜前的PCB板图8-22确定敷铜区域各个顶点单击鼠标确定敷铜的起点，移动光标到适当位置处，依次确定敷铜边界的各个顶点，如图8-22所示。放置敷铜在终点处，单击鼠标右键，退出命令状态。同时系统会自动将起点与终点连接起来，形成一个封闭的区域。此时系统显示的是仍可更改大小、形状的敷铜区域，等待设计者最后的确认。拖动敷铜区域或者区域周围的小方块，可以移动敷铜区域或者改变其形状和大小。放开鼠标左键，系统会弹出如图8-23所示的重新敷铜确认对话框。单击“Yes”按钮后，系统将按照调整重新敷铜。如图8-24所示是最终完成的敷铜结果显示。图8-23确认重新敷铜图8-24最终敷铜结果放置直线这里的直线，我们一般多指与电气网络无关的线，可以放置在不同的工作层面，例如在机械层绘制PCB板的外形轮廓，在禁止布线层绘制电气边界，在丝印层绘制说明图形等。执行【放置】/【直线】命令，或者单击【实用工具】下拉工具栏中的图标，都可以开始直线的放置操作，具体过程以及属性的设置与上面介绍的导线基本相同。放置字符串字符串主要用于标注一些说明文字，以增加PCB板的可读性，所以设计时应将所有的字符串放置在PCB板的丝印层上。在AltiumDesignerSummer09整个系统中，包括原理图编辑环境和PCB编辑环境，都可以使用TrueType字体。该字体系统基于Unicode字符串，支持中文、日文等多种语言及符号，可用于各种文本的标注，并实现了全面的Gerber/ODB++输出和打印支持。这意味着设计者可以按照自己的语言和需要，选择希望使用的字体符号，直接放置在PCB板上，或者使用ECO从原理图文件注释到PCB文件中。放置字符串放置字符串执行【放置】/【字符串】命令，或者单击【布线】工具栏中的图标，光标变成十字型，并带有一个“String”的字符串，如图8-25所示。移动光标到合适位置处，单击鼠标即可完成放置。重复操作，可在PCB板上连续放置其它字符串。放置字符串完毕后，单击鼠标右键或按Esc键退出放置状态。图8-25放置字符串的命令状态放置字符串在放置字符串的过程中，按Tab键，将打开【串】属性对话窗。在该对话窗中可设置字符串的文本内容、所在工作层面、字体以及各项位置参数等，如图8-26所示。图8-26字符串属性设置双击放置好的字符串，同样会打开【串】对话框。在该对话框内，选中【TrueType】单选按钮后，在下面的【字体名】下拉列表中即列出了各种TrueType字体的名称，设计者可选择使用，并可以进行加粗、斜体以及文本转换等显示设置。设置完毕，单击“确定”按钮关闭对话框。放置位置坐标位置坐标是用来将光标当前的位置（即与坐标参考原点之间的距离）在工作平面上标注出来，以供用户设计时参考。放置位置坐标的方法与放置字符串的方法类似。执行【放置】/【坐标】命令，或者单击【实用工具】下拉工具栏中的图标，此时光标变成十字型，并带有一个位置坐标，随光标的移动而变化，移动光标到需要放置坐标的位置，单击鼠标即可进行放置，如图8-27所示。图8-27放置位置坐标的命令状态放置位置坐标双击所放置的位置坐标，或者在放置过程中按Tab键，可以打开如图8-28所示【调整】对话框，可对位置坐标的各项属性加以设置。其中，在【单位格式】栏中，系统提供了3种可选的单位标注格式，分别是“None”（不标注单位）、“Normal”（单位直接分别跟随在X，Y坐标值后）以及“Brackets”（单位由小括号括起、标注在坐标值后）。图8-28位置坐标属性设置放置尺寸标注为了方便后续的PCB设计或者满足制板的需要，用户在设计中应对PCB板尺寸或者某些特殊对象的尺寸进行必要的标注。AltiumDesignerSummer