一、Altium designer(後面簡稱AD)版本介紹

從1985年Altium公司成立以來經歷幾個決定性的事件:1991年Altium公司將公司總部遷至美國並在發布了世界上首款基於Microsoft Windows運行的PCB設計系統;1999年Altium公司成功完成IPO並在澳大利亞證券交易所(ASX)上市;2013年Altium公司生產的首個原生3D軟硬結合板電子設計系統問世。我主要講一下Altium公司的AD產品。

這是一款專門為硬體工程師開發設計的一款產品,但後期AD成為了一個包含硬體設計、程序開發等的綜合性軟體。AD的版本也在一直更新,但更新速度在15年之前都不是很快,在15年之後每年軟體都會更新兩個版本。

對於每個版本的優缺點就不一一介紹了,因為每個人第一開始使用的版本號不一樣但感覺是相同的(每個人都覺的自己使用的版本好用,當然這是對於使用AD久了的人)。筆者使用的是AD16.0。對於版本的差異,個人覺得新版本在一部分功能上有所更新修補了一部分漏洞,但具體改動不是很大。新版本對運行空間要求比較大,所以在運行上老版本的AD體現了開啟、運行較快的優點。如不追求版本的華麗和部分新加功能,本人建議使用老版本AD就可以滿足我們前期的硬體設計開發使用。

二、project(工程)的創建與使用

本文只介紹AD16.0下的project的建立和使用,使用低版本的可以參考或者直接問度娘就可以,這個比較簡單。

先打開AD進入AD界面,下面是一般AD打開的界面(裡面已經建立了一個test工程)。

進入頁面之後點解file>>new>>project,進入新建工程頁面,自己編輯設置工程名和工程存儲路徑。當然大家可以看見很多工程,根據自己的需求選擇所需的工程。由於本篇只是pcb入門所以以雙層板為例。

對於在工程中添加Schematic(原理圖)文件和PCB文件有兩種方法。

1、如果目錄下只有一個工程則直接使用這種方法,如果有多個工程時需要先選中自己想要添加的那個工程。file>>new>>Schematic新建一個原理圖文件,file>>new>>PCB新建一個PCB文件。

2、自我感覺第一種方法麻煩一點,第二種方法比較簡單。右擊新建的工程>>Add New to Project>>Schematic新建一個原理圖文件,右擊新建工程>>Add New to Project>>PCB新建一個PCB文件。

當然其它的新建文件也可以通過這兩種方式添加到工程文件中,當然建議每個工程一建立就先添加原理圖與PCB文件。其他暫且不添加,如果需要也可以一開始就添加進去。添加完成文件之後,右擊新建工程>>Save Project,將工程中所有文件保存(建議養成一個好習慣在畫圖時要隔一段時間保存一次,防止出現卡頓等現象導致浪費時間。)。

新建工程等文件還有一個快捷的辦法就是設置自己熟練的快捷鍵,當然並不提倡,我覺得開頭新建個工程之類的也浪費不了多長時間。

三、AD庫文件

在使用AD畫原理圖和PCB 之前我先簡單介紹一下它的庫文件。每一個AD軟體中都包含2個基礎庫Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib。Miscellaneous Devices.IntLib庫中主要包含了我們比較常用的電阻、電容、電感、控制晶元等之類的東西(當讓裡面也就電阻、電容這些小物件我們一開始使用晶元之類的都比較過時了),Miscellaneous Connectors.IntLib庫中主要包含了我們常見的介面庫。我們初學時都可以用著寫基礎庫,當然當需要一些這兩個基礎庫中沒有的元器件又不會自己製作庫時,我們可以去Altium官網

http://www.altium.com/?

www.altium.com

去尋找下載(裡面包含許多免費的元件庫都是官方提供比較標準)。

當然每一個硬體工程師都應該擁有自己的庫文件,這就要求我們會自己建立庫文件。

新建集成庫方法一

SCH LIB原理圖零件和PCB LIB封裝自己創建。集成庫,把SCHLIB和PCBLIB兩個文件集成為一個文件。

  • 選擇菜單欄上的【文件】-【新建】-【工程】-【集成庫】

在彈出的上圖中,選擇integrated library集成庫

  • 按【Ctrl+S】保存新建的集成庫,自定義命名並保存到我們的自定義文件夾,以便今後查找。

上圖中:新建集成庫的名字,系統默認是上圖中:integrated library,把它改寫成你想要的集成庫名字。上圖中新建集成庫保存在電腦的面板,你可以放在你需要的其他位置。

  • 向集成庫中添加原理圖庫和封裝庫。

a新建原理圖庫:新建一個原理圖庫。選擇菜單欄上的【文件】——【新建】——【庫】——【原理圖庫】。做完上面的操作之後,我們將會看見一個新建的原理圖庫。注意這是一個庫,而不是一個零件,這個庫中可以存放任意個SCH零件。在SCHLIB編輯窗口,要查看這個庫中的全部零件:單擊屏幕右下角SCH--------SCH LIBRARY------在屏幕左側彈出SCH庫面板---------面板內羅列出全部SCH零件-------面板由上至下包括:器件欄、別名欄、引腳欄、模型欄,見下圖

上圖中,可以對選中零件的引腳編輯,可以對SCH零件的PCB封裝模型進行鏈接。只有兩者鏈接後,畫好的SCH原理圖中的全部零件,才能更新到PCB板圖中。

單擊AD16菜單欄tools----------rename component 把下圖中系統默認的名字component-1改寫為新名字

在上圖中改寫零件名稱.

雙擊上圖中器件名稱,進入器件屬性對話框,屬性還停留在上次其他原理圖零件的屬性上,這次新建的原理圖零件必須重新編輯屬性,把以前的默認屬性全部刪除重新改寫。

把上圖中的default comment框 description框 symbol reference框 parameters框 models框中的原有內容全部刪除,按新建零件的屬性重新填寫。

b在集成庫中的原理圖庫中繪製元器件的原理圖,如一個三極體。

放置新建的原理圖零件引腳時,上圖的標識內填腳號,顯示名字內填引腳的名字。

c新建一個元件封裝庫。文件-----新建----庫------Pcb庫。庫內可容納任意個PCB封裝,查看PCB庫內全部的封裝:啟動AD16的PCBLIB編輯器---------單擊AD16編輯器屏幕右下角的PCB--------PCB LIBRARY-------在屏幕左側彈出PCB library面板--------見下圖:

上圖中,元件欄顯示出這個PCB庫中全部的封裝。最低部顯示選中封裝的圖形。

在PCB元件庫中繪製與原理圖庫中零件相對應的元件的封裝。如一個三極體。

見上圖:新建的PCB封裝名字,系統默認是PCB COMPONENT-1,雙擊它改寫成新建封裝的名字.

在放置零件封裝的引腳焊盤時,標識內填寫引腳號。這樣才能和原理圖零件的引腳號對應起來。原理圖零件的標識即引腳號必須和PCB封裝的標識即引腳號一一對應起來。原理圖零件的E極引腳號如果是3,那麼,PCB放置零件E極的引腳號也必須是3。

  • 將原理圖庫中的元件原理圖和對應封裝關聯起來。單擊AD16主界面(屏幕)右下角的system------projects-----在屏幕左側彈出projects面板-------

上圖,在projects面板內,顯示出剛剛畫好的原理圖SCH庫和PCB庫,點擊SCH LIB,把AD16主屏幕切換到原理圖零件狀態。

a單擊工具欄上的模型管理器。見下圖。

集成庫中,原理圖零件稱為原理圖符號,零件的模型,在集成庫中分為:PCB封裝模型、模擬模型、信號完整性模型,最常用的是PCB封裝模型。把這3種模型都加入到原理圖符號中,也就是把這3種模型和原理圖符號鏈接起來,這樣的集成庫零件就是完整的零件了。通過上圖中的模型管理器,可以完成這一功能。

上圖中最右側的黃色圖標,就是模型管理器。單擊模型管理器,彈出下圖

點擊上圖中左側欄的元件圖標(黃色方塊),使之由白色變成藍色,呈選中狀態。

b單擊上圖中【Add Footprint】添加封裝。

c單擊【Add Footprint】後,在彈出的對話框中單擊【瀏覽】按鈕。

d單擊【瀏覽】按鈕後,在彈出來的瀏覽庫對話框中點擊相對應的封裝使之選中後,單擊【確定】按鈕。

e點擊菜單欄中的 project-----compile integrated library-intlib.libpkg-------編譯集成庫。編譯完成後,該集成庫new-intlib.intlib將自動載入到當前庫文件中,在AD16的元件庫面板中可以看到。

f編譯後的集成庫,可能存在錯誤,需要查看:點擊AD16主屏幕右下角system------messages-------打開消息面板-------下圖。

如果存在錯誤,上圖會顯示出來,按照提示,進行修改。

j修改完畢後,點擊菜單欄project------recompile integrated library new-inglib.libpkg,再次對集成庫進行編譯,反覆檢查,直至沒有錯誤。

新建集成庫方法二

已有現成的SCH LIB原理圖零件庫和PCB封裝庫。首先把現有的SCH LIB庫文件和PCB LIB庫文件複製到桌面上,方便後續的操作。

  • 啟動AD16------file------new------project-------選擇integrated library------把集成庫的名字由系統默認名字改為你想要的名字--------選擇保持的位置-------單擊右下角的:OK.
  • 得到下圖所示的主屏幕:

上圖整流橋.LibPkg,是新建的集成庫文件包。顯示NO Ddocuments added,表示集成庫文件包現在是空的,沒有文件。

  • 在上圖的整流橋.Libpkg上右鍵單擊--------從彈出的右鍵菜單中選擇:添加現有的文件到工程中--------彈出打開文件對話框---------見下圖:

單擊上圖中右下角component library下拉箭頭-------從下拉菜單中選擇SCH LIB的文件類型-------找到桌面的SCH LIB文件------單擊:打開------SCH LIB庫文件成功的加入到了新建集成庫文件包的目錄下:見下圖。

同樣的方法,把PCB LIB庫文件添加到集成庫文件包目錄下。

  • 把PCB封裝庫鏈接到SCH庫。
  • A雙擊上圖中整流橋.SCHLIB-------打開原理圖零件主窗口-------單擊下圖中的模型管理器-------

上圖中最右側黃色圖標就是模型管理器。彈出模型管理器對話框,下圖

從上圖左側欄--------選擇一個需要的零件-------單擊變成藍色選中它-------單擊add footprint------彈出PCB模型對話框 下圖-------單擊下圖中瀏覽---------選擇需要的PCB封裝-------確定-------這樣就完成了原理圖零件和PCB封裝的鏈接。

  • 編譯集成庫:單擊菜單欄project-------compile integrated library 整流橋-intlib.libpkg。編譯好的集成庫整流橋-intlib.intlib,將自動載入到當前庫中,在元件庫面板中可以看到。
  • 在AD16主屏幕右下角--------system------messages------打開消息面板--------編譯存在的警告和錯誤顯示在消息面板-------根據提示進行修改。
  • 修改完成後,單擊菜單欄project-----recompile integrated library 整流橋-intlib.pkg,再次編譯集成庫,反覆進行修改,直至沒有錯誤。

四、Schematic的使用

當我們打開原理圖畫圖之後,我們開始繪製第一個自己想要的原理圖(如下圖所示),在頂部有菜單欄和工具欄。

當然繪製原理圖有三種方法(其實叫三種結構應該更為合適)。

  • 1、單獨圖紙繪製

只在一張圖紙上作圖,也就是將我們所有想要繪製的元件和連接線都繪製在如上圖的一張紙上,當然紙張也是有大小的,在紙張不夠的情況下我們可以更改圖紙的大小。右擊編輯頁面>>options>>document options,進入文件選擇項的設置窗口,對其中的選項進行更改,我們最常用的就是紙張大小的更改和柵格移動大小的更改,具體位置如下圖所示。

在初級階段我們為了看的方便可以選擇這種繪製方法。當我們電路圖較為複雜,並且功能較多時我們就需要對每一塊成單獨系統的電路圖進行單獨繪製,這個時候這種方法就不再適合我們使用。

給出一個練手的例子

  • 2、垂直電路分布繪製

這種電路圖的繪製時是分層次的,有主有次。這種方式使用是頁符號連接,當系統檢測到這種連接時自動分層。這種分層設計在頂層中可以明確的體現出設計師的思路,需要的模塊都會在上面體現出來。

  • 3、水平電路分布設計

這種電路中每一個原理圖之間的連接使用的方式是通過默認的網路符號連接。這種方法中每個電路圖的地位都是一樣的。

在每個電路圖繪製完成之後,我們都需要對這個工程進行規制的檢測,在檢測之前我們需要先對檢查規制中的一些自己需要強調的錯誤進行設置。在菜單欄中打開Project>>Project Options,進入錯誤設置窗口。如下圖,設置完成之後點擊OK。

在設置完成之後點擊Project>>Compile Document,對當前文件進行檢測,對於上面第一種方法比較適用。點擊Project>>Compile PCB project,對當前工程進行檢測,對於上面第二,三種方法比較適用。檢測完成之後再messages中會顯示出所有的錯誤和警告。如果沒有顯示出來messages,可以點擊AD的右下角的System>>Messages找到。

五、PCB的設計

在原理圖繪製完成之後,先檢查電路是否完整符合我們的要求,再進行電氣規則檢測,將所有錯誤進行改正,所有規則檢測完成並且沒有錯誤之後開始檢查我們所有元件的封裝是否都擁有。點擊tool>>Footprint Manager ,進入封裝庫管理頁面(如下圖)。我們發現這個列表的第一列是元件的標號,第二列是元件的注釋,第三列是元件的封裝名稱,第四列為元件的原名稱,最後一列為該元件所在的原理圖的名稱。我們只需要觀察第一列和第三列就可以,觀察第一列中是否有重複的元件名稱,如果有回到sheet中進行更改。觀察第三列中是否擁有沒有封裝的元件,如下圖中會發現名為LCD1的元件沒有封裝。

我們對元件添加封裝可以直接在Footprint Manager 中更改也可以回到sheet中進行更改。具體流程可以按照下面圖片提示更改。在sheet中的更改後續與在Footprint Manager中相同。

在每個元件都擁有自己的封裝並且其封裝與實物的封裝相同之後,我們從原理圖中將封裝導入PCB文件中,點擊Design>>Update PCB Document將封裝導入PCB文件。執行添加之後如有錯誤進行修改,如無錯誤關閉。

導入完成後在PC文件中將room刪除。點擊Design>>Rules對所設計產品進行規則設置,設置完成後點擊OK,具體設置在這裡不進行詳細的講解了。

設置好規則後,在keep-out layer層繪製板卡的邊緣線,這將是板卡製作出來的實際形狀。

繪製好之後選中邊緣線點擊Design>>Board Sharp>>Define from selected object進行板卡設計即PCB文件中的黑色區域。將元件封裝按照自己的想法和連接線的順序排放整齊。

元器件放置好之後,點擊Design>>Layer Stack Manager進入層堆疊設置界面,如果只畫雙層板可以不用管這些。

對繪製的線設置網路,右擊>>Add Class對PCB工程中所有線進行分類,根據自己的實際需求進行設置。

所有設置完成後,對元器件之間進行連線,可以進行自動布線,使用菜單欄中Auto Route進行自動布線。我建議大家盡量使用手動布線,因為自動布線的結果往往達不到我們的要求。

布線結束後可以對整個板卡進行鋪銅處理,當然這個根據實際需求進行添加。Place>>Polygon Pour,進行設置添加。

六、快捷鍵

最後我簡單說一下快捷鍵,具體的快捷鍵可以在百度上查詢,都比較詳細。當然在AD上可以直接查看,在Schematic文件和PCB文件中拖動物體,按~鍵顯示相關快捷鍵。當然也可以在shortcuts中查看。如下圖。

聲明:以上所有觀點純屬個人觀點。歡迎大家指出錯誤。

另:參考文獻:AD官網Altium中文網站

《Altium Designer實戰攻略與高速PCB設計 》

《 Altium Designer 16電路設計與模擬從入門到精通 》

特此鳴謝 山東大學嵌入式系統與智能實驗室的各位老師和學長


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