1、大学学生论文 学号：原理图与 PCB 的设计与制作学生姓名：指导教师：所在院系：电气与信息学院所学专业：农业电气化与自动化所在班级：Altium Designer 原理图与 PCB 设计11 Altium Designer 概述1.1 Altium Designer 简介经多年的发展，以及能强大而在国内享有良好声誉的 Protel，正式更名为“Altium Designer”，Altium Designer 不仅强化了以前的原理图设计、印制电路板（ PCB）设计、电路仿真等功能更加入了 FPGA 设计等众多功能，从此摆脱了 Protel 只是二线品牌的 PCB 设计工具的地位，成为全方位的新一
2、代的思安路设计软件。1.2 Altium Designer 的发展历史“Altium Designer”是 Altium 公司推出的新一代电子电路辅助设计软件。Altium 公司前身为 Protel 国际有限公司，由 Nick Martin 于 1985 年创始于澳大利亚，同年推出了第一代 DOS 版 PCB 设计软件，其升级版本 Protel for DOS 由美国引入中国大陆，引起方便、易学习而得到广泛应用。20 世纪 90 年代，随着计算机硬件的发展和 Windows 操作系统的推出，Protel 国际有限公司于 1991 年发布了第一个基于 Windows 环境的 EDA 工具Prot
3、el for Windows 1.0 版。1998 年，Protel 公司推出了 Protel 98，他是一个 32 位的 EDA 软件，将原图设计，PCB 设计、无网格布线器、可编程逻辑原件设计和混合电路模拟仿真集成于一体化的设计环境中，大大改进了自动布线技术，使 PCB 自动布线真正走向了实用。随后的 Protel 99，以及 Protel 99SE 使得 Protel 成为中国用的最多的 EDA 工具，电子专业的大学生在大学基本上都用过 Protel 99SE，公司在招聘新人时也将 Protel 作为考核标准，据统计，在中国有73%的工程师和 80%的电子工程相关专业在校学生正在使用其所
4、提供的解决方案。2001 年，Protel Technology 公司改名为 Altium 公司，并于 2002 年推出了令人期待的新产品 Protel DXP，Protel DXP 与 Protel 99SE 相比，不论是操作界面还是功能上都有了非常大的改进。而 2003 年推出的 Protel 2004 又对 Protel DXP 进行了进一步完善。2006 年，经过多次蜕变，Protel DXP 正式更名为 Altium Designer，Altium Designer 6.0的推出，集成了跟多的工具，使用方便，功能更强大，特别是在 PCB 设计这一块性能大大提高。2011 年推出的 A
5、ltium Designer 10.0 将 ECAD 和 MCAD 两种文件格式结合在一起，在一体化设计解决方案中为电子工程师带了全面验证机械设计与电气特性关系的能力。还Altium Designer 原理图与 PCB 设计2加入了 OrCad 和 PowerPCB 的支持能力，使其功能更加完善。1.3 Altium Designer 的组成Altium Designer 并不是一个简单的电子电路设计工具，而是一个功能完善的电路设计、仿真与 PCB 制作系统，它是由四大设计模块组成，即原理图(SCH)设计模块原理图(SCH)仿真模块PCB 设计模块可编程逻辑原件（FPGA）设计模块2 Alti
6、um Designer 电路设计的基本流程2.1 原理图的设计在设计电路图之前有必要对电路原理图的设计步骤有所了解，因为电路原理图的设计好坏直接决定最终 PCB 能否正常工作。一张好的原理图首先得保证原理图的原件选择及连线准确无误；其次还要保证原理图结构清晰，布局合理便于设计人员阅读。原理图设计最基本的要求是正确性，其实是布局合理，最后是在正确性和布局合理的前提下力求完美。基本步骤如下：（1）建立工程文件首先创建一个“PCB Project”工程，打开菜单【File】 【New】 【Project】 ，选【Project 】标签面板中选择创建【Blank Project】来创建。（2）启动原理
7、图设计服务器添加电路原理图设计文件，打开【File】 【New 】 ，选择 【Schematic】添加一个原理图设计文件。（3）原理图环境设计在绘制电路前，首先要进行图纸设置，设置图纸的大小、方向、标题、网格参数等信Altium Designer 原理图与 PCB 设计3息。图纸参数设定得当电路图才会更加美观，设计时也得心应手。单击菜单的【Design】 【 Document Options】命令，弹出图纸设置对话框，可进行自己所需的图纸设置。（4）装入所需元件库Altium Designer 元件库非常庞大，但是分类明确，采用两级分类方法来对原件进行管理，调用相应的原件只需找到相应公司的相应
8、原件种类就可以方便的找到原件。单击弹出式面板的【Libraries】标签，选择【System】菜单，选择其中的【Libraries】即可显示元件库面板。单击【Libraries 】面板的【Libraries】按钮，打开【Available Libraries】当前可用元件库对话框。在【Installed】选项卡中列出当前所安装的元件库，再此可以对元件库进行管理，包括装载、卸载、激活，以及顺序的调整。（5）放置原件根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的 Place 按钮将原件放置在工作平面上，再根据与按键之间的走线把元件调整好。（6）原理图的布线利用 Altium De
9、signer 所提供的各种工具，指令进行布线，将工作平面上的器件用具有点其意义的导线，符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。（7）检查原理图在编译工程前首先要对电气检查规则进行设定，以确定系统对各种违反规则的情况作出任何反应，以及编译完成后系统输出的报告类型。执行命令【Project】 【Project Options】命令，弹出所示工程选项设置对话框，对【Error reporting】电器检查规则进行设置。（8）生成网络报表Altium Designer 可以为单张原理图或是为整个设计工程生成网络表，选择【Design 】菜单，下面有【Netlist for Project】生成工程网络
10、表和【Netlist for Document】生成设计文Altium Designer 原理图与 PCB 设计4档网络表两个子菜单。经以上步骤，完成原理图设计如下：2.2 相应 PCB 的绘制电路原理图的设计最终目的是为了设计出生产所需的 PCB，也就是电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的利用。Altium Designer 可以非常简单的从原理图设计转入到PCB 设计流程，为设计者提供了一个完整电路板设计环境，使电路设计更加的方便有效、快捷。PCB 的设计过程是一个非常繁杂的过程，从最原始的网络表到最后设计出精美的电路板如同写作一般需要作者非常细心的反复修改，因为 PCB 设计的好坏
11、直接影响到产品的工作性能。PCB 的设计大致可分为以下几个步骤：（1）启动印制电路板服务器创建一个 PCB 文件，打开菜单 【File】 【New】 【PCB】来添加新的文件，也可从【Files 】 标签面板中选择来创建。（2）PCB 编译环境的参数设置定PCB 编译环境参数的设置主要包括 PCB 层颜色与显示的设置，图件的显示与隐藏设置，Altium Designer 原理图与 PCB 设计5以及 PCB 尺寸参数设置。参数设置是电路板设计的非常重要的步骤，执行菜单命令【Design】 【Rules 】 ，左键单击【Routing】按钮，根据设计要求，在规则类【Rules Classes】中
12、设置参数。（3）转入元件库封装执行菜单命令【Design】中的 【Add 】或【Remove Library】 ，在“添加、删除元件库”对话框中所选取所有元件所对应的元件封装库。（4）载入网络表原理图与电路板规划工作都完成后，就需要将原理图的设计信息传递到 PCB 编辑器中，进行 PCB 设计。从原理图向 PCB 编辑器传递的设计信息主要包括网络表文件、元件的封装和一些设计规则信息。用户在装入网络连接与封装之前，必须先转入元件库，否则将导致网络表和原件装入失败。在原理图编辑器中选择【Design】菜单下的【Update PCB Document *.PcbDoc】子菜单项，弹出【Enginee
13、ring Change Order】对话框。单击【Validate Changes】按钮，单击【Execute Changes】按钮则可将改变送到 PCB。选择单击【Report Changes】按钮可以弹出转换后的信息，完成之后的状态则会变成【Done】 。关闭 【Engineering Change Order】对话框，即可看到加载的网络表在 PCB 图中。如图中不能看到，则可按【Page Down】进行缩小视图。（5）原件布局原件布局是将元件封装按一定的规则排列和摆放在 PCB 中。PCB 编辑器中原件布局有自动布局和手动布局两种，一般都先采用自动布局的方法而后再采用手动布局进行手工调整
14、的方法。（6）自动布线当原件的布局布好之后，就需要对整个系统进行布线，布线总体上分为自动布线和手动布线两种。随着微电子技术的发展对不现要求有了很高的要求，人们跟多的采用自动布Altium Designer 原理图与 PCB 设计6线的方式进行布线。自动布线的方式灵活多样，根据用户需要，既可以进行全局自动布线，也可以在指定区域进行自动布线。Altium Designer 采用世界最先静的无网络，基于形式的对角线自动布线技术。执行菜单命令【Auto Routing】中的 【All 】命令，并在弹出的窗口中单击【Route all】按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。只要设置有关参数，元件布局合理
15、，自动布线的成功率几乎为 100%。按照以上步骤对画出的原理图生成 PCB 图如下：顶层 PCB 图：底层 PCB 图Altium Designer 原理图与 PCB 设计73 Altium Designer 电路设计的心得此次课程设计是一项比较浩大的“工程” ，在此之前，我从未进行过如此复杂的设计，可以算得上是一次不大不小的突破。 回顾本次课程设计，难点颇多，主要集中于以下几点： （1）之前从未接触过类似 Altium Designer 这样的电子电路设计软件，且没有过相关使用电脑进行电路设计的经验。 （2）Altium Designer 的全英文界面使得对于这款软件的上手难度大大增加。（3）对于元器件的认识和对于 PCB 板、封装的基本概念不够成熟，致使设计进度推进缓慢。（4）PCB 布线对于整体布局能力的要求较高。通过为期十周的课程设计，以上的问题大都得到了圆满的解决。自己在设计单片机最小系统的过程中也积累了一定的 PCB 设计绘制经验和能力，这对于解决日后学习工作中遇到的相关问题都是难能可贵的财富。
