基于AltiumDesigner软件的PCB，原理图设计完整介绍，项目经验分享 [硬件开发设计]

在项目开发设计产品过程中记录的一些设计总结；
Altium_designer_summer教材&&pcb设计教程下载链接：https://download.csdn.net/download/STCNXPARM/12312441

往期系列文章：
1、裸机项目开发经验分享 - 完整开发流程介绍(项目规划与执行、器件选型、资料检索、产品测试思路等)
2、裸机项目代码设计与管理 - 项目程序的组织管理、设计优化思路等经验分享
3、裸机编程与调试 - 在项目中遇到的各类问题，解决经验分享(常见新手问题)
4、在实际开发项目中总结的硬件调试经验分享 - 调试目标、方法，以及常见调试问题解决
5、基于AltiumDesigner软件的PCB，原理图设计完整介绍，项目经验分享 [硬件开发设计]
6、硬件开发设计 - 焊接电路板，介绍焊接概念，焊接步骤，常见错误，难点等
7、电池供电应用中的电源设计：干电池特性了解、LDO与DC-DC选型设计、电流检测方案要点

一、市面上主流的三款低、中、高PCB画制软件(EDA)

1、AltiumDesigner
  国内低端设计的主流，国外基本没人用。简单易学，适合初学者，容易上手；占用系统资源较多，对电脑配置要求较高。在国内使用protel的人还是有相当的市场的，毕竟中小公司硬件电路设计还是低端的居多，不过建议各位尽早接触学习别的功能更优秀的软件，不要总在低层次徘徊。

2、Mentor pads
  PADS软件用的人也是相当的多，好用，易上手，个人感觉比Protel好不知多少倍。适合于中高端设计，堪称中端中之王。现在世界上使用范围最广的一款eda软件，适合大多数大中小型企业的需求。其本身没有仿真，做高速板时，要结合其他专用仿真工具，如hyperlynx。

3、Cadence Allegro
  高速板设计中实际上的工业标准。无论哪一方面都超牛。
PCB Layout工具绝对一流，稍微熟悉一点后就不再想用其他工具了，布线超爽。仿真方面也是非常的牛，有自己的仿真工具，信号完整性仿真，电源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占据着霸主地位。要知道这个世界上60%的电脑主板40%的手机主板可都是拿Allegro画的啊！

小结：PADS与AD的对比
PADS : 电磁兼容方面的规则相对规范一点(电气原理和规则相对完善一些)；
AD：设计方面会相对友好一点；

二、PCB总体设计思路与原则

1、一个简单电子产品形成步骤：选择产品参照品->芯片选型->原理图构建->复查->PCB封装->PCB画写->元件清单->调试->修改->投入生产
2、只有站在项目的理解上才能真正画好板
3、需要掌握一定模电知识；
4、参考现有成熟的PCB(布局排布)；
5、布线原则，以功能模块为单位去布线（尤其是滤波电容的位置）；
6、能画板与会画板的差距，画板的艺术需要长时间培养；
7、尽量利用好手头上的原理图以及封装库等，避免重复造轮子；

三、产品基本设计步骤

1、搭建原理图；
2、元器件的封装；
3、PCB的尺寸画制，螺丝孔(预留一定周边空间，以防上螺丝时拧破绿油层，造成短路)；
4、参考原理图模块，初步布局，后面动态调整；
5、布线先把信号线布通，最后布电源地线（重点）；双层板的布线尽量先把线布在同一层，方便后面的布线与调整；
6、测试点的放置，Mark点放置；
7、信号线、电源线、地线与电源线加粗、铺铜优化、过孔盖绿油、丝印标注、加泪滴焊盘；
8、过绿油：Solder Mask Tenting-Top/Bottom；
9、优化线与敷铜的有效性；
10、输出DXF文件：选择毫米单位、孔输出、层输出；
11、边调整 边布线；
12设立调试点（地或电源），便于调试；以及各种调试接口的调出，方便调试；
  a、尽量放置在同一面；
  b、放置类型：触发脚，使能脚，输入脚等（根据实际应用而定）；

四、原理图->设计注意

1、集成电路原理图的设计并不难，根据各模块的Datasheet连接即可；（数字电路的搭建通常很简单，但需要注意复位电路等是可选项）；
2、分立电路原理图设计需要较强的数字模拟电路基础，尽量参考现有成熟的电路，避免少走弯路；
3、大型一点的需要分模块，原理图下的子页；原理图与原理图之间开线束链接；
4、原理图作为子页的目录以及索引；依靠名称要建立链接，与网络标号类似；
5、原理图必须检查清楚连线是否有效，栅格捕捉最小为5mil;
6、一些原理图概念：总线、总线入口、信号线束、页面符、图纸入口、器件页面符、线束链接器、线束入口、端口；

五、原理图操作

1、设置文档风格；
2、添加库；
3、自动注释；
4、原理图以及层级管理；
5、显示窗口；
6、原理图符号的复制；
7、网络上色；
8、网络组管理（总线方式，对外连接）；
9、原理图标号如何获得：a）原理图库；b）手工画；
10、跳转到对应层级的原理图；
11、批量改封装：shift选择多个，再修改封装；

六、PCB设计->布局注意

*布局很重要，板子的布线好坏决定布局，良好合理的布局，不仅板子美观且稳定；
*参考成熟的电路板，主芯片尽量放在同一层（减少布线距离以及焊接成本降低）；
*按照模块分类思想，先主要模块，后次要模块；
1、交互式布局，利用原理图参考布局；
2、器件的摆放技巧：旋转、对齐、均称；
3、显示/隐藏层；
4、文本的摆放设置；
5、极坐标摆放元器件；

七、PCB设计->布线原则：

1、总体思想(联合各部分，互相协调)，设计好出口与入口；
2、在空间足够的情况下，可以考虑预留扩展空间；

八、PCB设计->连线的一般步骤：

1、整体来说：一般先连电源线（最后步可以根据信号线的走线安排，可以减少共振辐射 ，并且尽量走外围）；
2、局部来说：芯片周边先把信号线连同，最后电源线；
3、再者芯片间的连线；
4、一些距离较长的外设跟芯片的连线；
5、芯片周边应留有较宽的空间，以便于过孔出线；
6、先连接高频信号线，如晶振等（直线连通），电源地线最后布；

九、PCB设计->布线注意以及快捷操作：

1、电源的加粗处理；
2、直接相连；
3、重新连接；
4、先引线，再布通；
5、密度高的地方尽量避免打过孔；
6、并排拉线(选中多天线路，并用鼠标拉动)；
7、长走线尽量走外围（绕一下）约定俗成统一方向，方便后面走线；
8、走线不一定越短越好，有些需要一点间距；
9、每一个层的布线方向和布线内容都是设计好的(设计原则：尽量各层各司其职)；
10、集体走线；
12、合理分配走线密度，平行走线和打过孔(尽量避免影响其他层)；
13、快速修正（善用对齐工具，布线，调整线宽）；
14、2键放置过孔；
15、选中整条网络：1）S->网络； 2）单击某一线段，然后Tab键；
16、BGA封装需要扇出；
17、子网络自动布线；
18、shift+s;只显示当前层； ctrl+d:显示/隐藏层 ; L:
19、相同层级尽量保持平行布线；
20、shift+空格改变走线角度；
21、布线选项：Shift+~；
22、隐藏网络/显示网络：N；

十、整体检查步骤：

*一定要耐心地进行最后的检查(事半功倍)；
1、调整线的走线、线粗（地线 > 电源线 > 信号线）；
2、有效的测试点放置；
3、丝印（器件丝印、极性标注、线序标注）、泪滴；
4、铺铜（间距、过孔全连接）；
5、过孔铺绿油；
6、信息保密性；
7、是否放置Mark点(贴片机器识别点)；
8、端子焊盘接地：有助于加固+增加连通性；

十一、获得器件封装

1、各大论坛找封装库库；
2、嘉立创商城；
3、本地库（其他demo工程生成）；
4、官网下载；

十二、PCB设计电气知识：

1、单片机电路设计（不超过33Mhz），算不上高速电路；
  a、单片机的微小化减少内部分布电容与分布电感，减少功耗；
2、高速电路与普通的电路
  a、分布电容：产生分流作用；
  b、分布电感：电流阻碍与信号延时作用；
3、设计一块好板子，必须熟悉掌握工艺要求；
4、高速等长线(如内存条)、开窗操作(如小家电)；
5、PCB敷铜：http://bbs.elecfans.com/jishu_947316_1_1.html
6、在地线设计中应注意以下几点： （1）正确选择单点接地与多点接地 在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用单点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法
7、高速信号线需要等长布线；
8、必须注意铺铜时产生的天线效果（二次天线）（不规则尖角导致）；
9、布线天线效应(draft)：如焊盘重叠会产生天线效应，铺铜的天线效应处理：1）禁止铺铜 2）适当打过孔消除天线效应；
10、SPI走线不严格，IIC走线需要尽量靠近；
11、晶振离芯片要尽量短，不然会产生很多问题；
12、电源到地的滤波距离尽量短；

十三、设计注意与操作总汇

AD规则设置：
1、普通间距： Clearance -> inPloy；
2、普通过孔直接先连： plane -> IsVia；
3、Solder是阻止盖绿油；
4、转换功能(开槽、铺铜)；
5、铺铜与过孔/焊盘的连接方式：polygonconnect via style->高级；
6、焊盘与铜皮的间距：SolderMaskExpansion->建议间距10mil；
7、普通属性选择all same net才能使铺铜连接到焊盘过通孔 ,去除死铜；

AD操作快捷方式：
1、批量修改封装，必须选定元件本身
2、功能模块的快速选取，可以通过原理图框选
3、翻转：V-B;
4、删除同一网络线：T-U-N
5、属性框：F11
6、查找相似对象：E-N

设计注意：
1、3D模型的获取和关联（3D网下载）；
2、元件器操作：锁定、旋转、排布方式；N键隐藏飞线；隐藏与显示；
3、器件的选型：官网以及淘宝网；
4、四层板的层级管理：留一层用于走电源线；信号层(可用于铺铜GND、走线)、内电层(一整块铜皮)切割；6、
5、一些名词：
  a）热风焊盘:尤其是地线需要散热，否则容易冷却；
  b）Tracks：走线
  c）等长布线、差分布线(高速电路用)；
  d）通孔、埋孔、盲孔；
6、电源的出口布线加粗处理：铺铜管理器->网状铺铜->多边形铺满电源出线口；
7、多层板的过孔密度避免过大，为其它内层走线提供方便；
8、合理设置栅格，利用栅格捕捉功能；
9、可以合理利用铺铜皮代替导线；
10、一个优秀的EDA，是只需要简单设置就可以完成的；
11、内垫层分割(划线分割)；
12、铺铜（选择机械层->工具->转换为铺铜区域）；
13、创建封装的几种方式：1、AD向导； 2、IPC-7351 PAD向导工具； 3、手工画制；
14、阻焊层、助焊层：
  a）阻焊层是负片(看不见的)输出，是指不上绿油的地方；每个焊盘都有；
  b）助焊层：用于开钢网；
15、正片(空板)、负片(铜板)；
16、丝印的调节：1）宽：3-7mil 高：30-40mil 2）善用指示、框住的方法；
17、logo的操作：利用union功能->调节大小；
18、网标导入和基本布局；
19、直插焊盘一定要电镀；
20、间距设置：20mil-20mil；详细网站：http://jingyan.baidu.com/article/3052f5a1dc8f1f97f31f86ba.html
21、过孔常规最小：直径：20mil 孔径：12mil；
22、贴片固定焊盘可接地（作用一来可以方便拉线，二来可以固定焊盘）；
23、主芯片引脚位置根据飞线情况进行调整；
24、芯片位置放置中间，并且周边留一定的空间，引脚出线以及放置测试点（重要！）；
25、格局很重要，先连通，再调整；布局应尽量以模块划分；
26、自动布线适合简单的布线，切记；
27、设置想要显示的层“层设定”；
28、排布和整理丝印层时，可以3D模式看看效果；
29、电源，地线尽量往外走，减少干扰；（地线环绕太多用示波器检测到较多杂波）
30、在保证各模块布局情况下，可大约调节器件位置，使布线最佳；
31、功能模块的快速选取，通过原理图选定；
32、后期操作：敷铜去死铜，过孔铺绿油（阻焊作用）；不铺为“开窗”；
33、封装库重名会导致网络连接错误，添加库的时候注意！
34、在完成每一个模块的布线，及时调整/优化线路；
35、布局时，分模块的基础上电源或地尽量往同一方向；
36、地线或电源线布线时，先把能布通的先布通；
37、过孔会产生线阻，重要的线先布通（如通讯信号线）；次要的布远一点也无大碍；

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