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Altium Designer保姆級(jí)教程(一):下載安裝、原理圖設(shè)計(jì)、布線封裝及Gerber導(dǎo)出

  • 2025-07-16 15:08:00
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在當(dāng)今電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的時(shí)代,印刷電路板(PCB)作為電子產(chǎn)品的核心載體,其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的性能、可靠性和成本。對(duì)于初學(xué)者而言,掌握一款專(zhuān)業(yè)的PCB設(shè)計(jì)軟件是進(jìn)入電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的敲門(mén)磚。本文將以Altium Designer為例,為您詳細(xì)介紹PCB設(shè)計(jì)的入門(mén)路徑。


一、Altium Designer軟件簡(jiǎn)介與安裝步驟

Altium Designer是一款功能強(qiáng)大、集成度高的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái),廣泛應(yīng)用于原理圖設(shè)計(jì)、PCB布局布線、FPGA設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域。它以其直觀的用戶界面和全面的功能,成為眾多工程師的首選工具。


安裝步驟(以Windows系統(tǒng)為例):

1.  獲取安裝包: 從官方渠道獲取Altium Designer的安裝程序。https://data.altium.com.cn/url/4wypkgzkdmqdknxv

2.  運(yùn)行安裝程序: 雙擊下載的安裝文件,啟動(dòng)安裝向?qū)А?/span>image.png


3.  接受許可協(xié)議: 閱讀并同意軟件許可協(xié)議。

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4.  選擇安裝類(lèi)型: 通常選擇“Custom installation”(自定義安裝),以便選擇所需的功能模塊。

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5.  選擇功能模塊: 勾選“Schematic Capture”(原理圖捕獲)、“PCB Design”(PCB設(shè)計(jì))等核心功能。如果需要,還可以選擇其他仿真、FPGA等模塊。

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6.  選擇安裝路徑: 選擇一個(gè)合適的安裝目錄,建議不要安裝在系統(tǒng)盤(pán)。

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7.  開(kāi)始安裝: 開(kāi)始安裝過(guò)程,這可能需要一些時(shí)間。

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8.  完成安裝: 安裝完成后,根據(jù)提示選擇是否立即啟動(dòng)軟件或安裝許可。

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9.激活許可: 根據(jù)您獲得的許可類(lèi)型(如永久許可、按年訂閱許可或試用許可),按照軟件提示進(jìn)行激活。



二、新建工程與原理圖設(shè)計(jì)流程


在Altium Designer中進(jìn)行PCB設(shè)計(jì),首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)工程,并在其中完成原理圖設(shè)計(jì)。

1. 新建工程:

● 打開(kāi)Altium Designer軟件。

● 點(diǎn)擊菜單欄的“File” -> “New” -> “Project”。

● 在彈出的“New Project”對(duì)話框中,選擇“PCB Project”作為工程類(lèi)型。

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l 為工程命名并選擇保存路徑。建議為每個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的文件夾。

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l 點(diǎn)擊“Create”完成工程創(chuàng)建。此時(shí),在“Projects”面板中會(huì)顯示您新建的工程。

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2. 新建原理圖文件:

l 在“Projects”面板中,右鍵點(diǎn)擊您的工程名稱(chēng)。

l 選擇“Add New to Project” -> “Schematic”。

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l 一個(gè)新的原理圖文件(.SchDoc)將被添加到工程中并自動(dòng)打開(kāi)。

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3. 原理圖設(shè)計(jì)流程:

l 放置元器件:

? 打開(kāi)“Libraries”面板(如果未打開(kāi),可在“Panels”菜單中找到)。

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? 在庫(kù)中搜索并選擇所需的元器件(如電阻、電容、IC等)。

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? 點(diǎn)擊“Place”或直接拖拽元器件到原理圖工作區(qū)。

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? 使用快捷鍵“Space”旋轉(zhuǎn)元器件,使用“X”或“Y”鍵鏡像元器件。

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l 連接導(dǎo)線:

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Wire”圖標(biāo),或使用快捷鍵“P” -> “W”。

? 在元器件引腳之間繪制導(dǎo)線,建立電氣連接。

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l 放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)(Net Label):

? 對(duì)于需要連接到不同位置或不同頁(yè)面的網(wǎng)絡(luò),使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)進(jìn)行命名。

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Net Label”圖標(biāo),或使用快捷鍵“P” -> “N”。

? 輸入網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng),并放置在導(dǎo)線上。相同名稱(chēng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)會(huì)自動(dòng)連接。

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l 放置電源/地符號(hào):

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Power Port”或“Place Ground”圖標(biāo)。

? 放置常用的電源(如VCC, 3V3, 5V)和地(GND)符號(hào)。

l 添加總線(Bus):

? 對(duì)于多條并行信號(hào)線(如數(shù)據(jù)總線),可以使用總線來(lái)簡(jiǎn)化原理圖。

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Bus”圖標(biāo)。

? 使用“Bus Entry”將單根導(dǎo)線連接到總線。

l 添加端口(Port):

? 用于連接不同原理圖頁(yè)面或連接到PCB外部的信號(hào)。

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Port”圖標(biāo)。

l 添加注釋和文本:

? 使用“Place Text Frame”或“Place Text String”添加設(shè)計(jì)說(shuō)明、元器件參數(shù)等。

l 編譯工程:

? 完成原理圖設(shè)計(jì)后,點(diǎn)擊菜單欄的“Project” -> “Compile PCB Project [工程名]”。

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? 編譯過(guò)程會(huì)檢查原理圖中的電氣規(guī)則錯(cuò)誤和警告,并在“Messages”面板中顯示。根據(jù)提示修正錯(cuò)誤。

完成原理圖設(shè)計(jì)并編譯無(wú)誤后,就可以將其同步到PCB設(shè)計(jì)中了。



三、PCB布局與布線基本操作

原理圖設(shè)計(jì)完成后,下一步是進(jìn)行PCB的布局和布線。這是將抽象的電路連接轉(zhuǎn)化為實(shí)際物理板卡的關(guān)鍵步驟。

1. 創(chuàng)建PCB文件:

l 在“Projects”面板中,右鍵點(diǎn)擊您的工程名稱(chēng)。

l 選擇“Add New to Project” -> “PCB”。

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l 一個(gè)新的PCB文件(.PcbDoc)將被添加到工程中并自動(dòng)打開(kāi)。

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2. 從原理圖更新PCB:

l 在PCB文件打開(kāi)的狀態(tài)下,點(diǎn)擊菜單欄的“Design” -> “Update PCB Document”。

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l 在彈出的“Engineering Change Order”(ECO)對(duì)話框中,點(diǎn)擊“Validate Changes”驗(yàn)證更改。

l 如果驗(yàn)證通過(guò),點(diǎn)擊“Execute Changes”執(zhí)行更改。此時(shí),原理圖中的所有元器件和網(wǎng)絡(luò)信息將被導(dǎo)入到PCB文件中。

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l 導(dǎo)入的元器件通常會(huì)堆疊在一起,需要手動(dòng)進(jìn)行布局。

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3. PCB布局(Component Placement):

l 設(shè)置板框:

? 進(jìn)入“Board Planning Mode”(快捷鍵“1”)。

? 使用“Design” -> “Board Shape” -> “Define from selected objects”或“Define Board Shape from 3D Body”等方式繪制或?qū)隤CB板框。

? 切換回“2D Layout Mode”(快捷鍵“2”)。

l 放置元器件:

? 將導(dǎo)入的元器件拖拽到板框內(nèi)。

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? 根據(jù)電路功能、信號(hào)流向、散熱要求、機(jī)械結(jié)構(gòu)和美觀度等原則進(jìn)行布局。

? 重要原則:

n 功能分區(qū): 將模擬電路、數(shù)字電路、電源電路等進(jìn)行分區(qū),減少相互干擾。

n 信號(hào)流向: 按照信號(hào)的輸入到輸出方向進(jìn)行布局,避免信號(hào)線交叉。

n 熱量管理: 將發(fā)熱量大的元器件(如電源芯片、功率器件)放置在散熱良好的位置,并考慮散熱片或風(fēng)扇的空間。

n 機(jī)械結(jié)構(gòu): 考慮連接器、安裝孔、外殼等物理限制。

n 電源去耦: 去耦電容應(yīng)盡可能靠近IC的電源引腳放置。

l 鎖定元器件: 布局完成后,選中元器件,右鍵選擇“Lock”或使用快捷鍵“L”,防止誤移動(dòng)。

 

4. PCB布線(Routing):

l 設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則(Design Rules):

? 點(diǎn)擊菜單欄的“Design” -> “Rules”。

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? 在“Design Rules”對(duì)話框中,設(shè)置布線寬度、間距、過(guò)孔尺寸、層數(shù)等規(guī)則。這是布線前最重要的步驟,確保布線符合制造要求和電氣性能。

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l 交互式布線:

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Interactive Routing”圖標(biāo),或使用快捷鍵“P” -> “T”。

? 點(diǎn)擊需要布線的網(wǎng)絡(luò)引腳,然后沿著預(yù)期的路徑繪制導(dǎo)線。

? 使用“Shift + Space”切換布線模式(如45度、90度、任意角度)。

? 使用“+”或“-”鍵切換布線層,同時(shí)會(huì)自動(dòng)放置過(guò)孔(Via)。

? 對(duì)于高速信號(hào)線,應(yīng)考慮差分對(duì)布線、等長(zhǎng)布線等高級(jí)布線技術(shù)。

l 自動(dòng)布線(可選):

? 對(duì)于復(fù)雜或時(shí)間有限的設(shè)計(jì),可以嘗試使用自動(dòng)布線器。

? 點(diǎn)擊菜單欄的“Route” -> “Auto Route” -> “All”。

? 自動(dòng)布線器會(huì)根據(jù)設(shè)置的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行布線。但通常需要人工干預(yù)和優(yōu)化,以達(dá)到最佳效果。

l 鋪銅(Polygon Pour):

? 在PCB的空白區(qū)域鋪設(shè)大面積的銅皮,通常用于接地(GND)或電源(Power)層,以提供良好的電氣參考平面和散熱。

? 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Polygon Pour”圖標(biāo)。

? 繪制鋪銅區(qū)域,并指定其連接的網(wǎng)絡(luò)。

布局和布線是PCB設(shè)計(jì)的核心,需要耐心和細(xì)致的操作,并不斷檢查和優(yōu)化。



元器件封裝庫(kù)的使用方法

元器件封裝庫(kù)是PCB設(shè)計(jì)中不可或缺的部分,它定義了元器件在PCB上的物理尺寸、焊盤(pán)形狀和引腳排列。正確使用封裝庫(kù)是確保PCB能夠順利制造和組裝的前提。

1. 封裝庫(kù)的類(lèi)型:

● 集成庫(kù)(Integrated Library): 包含原理圖符號(hào)、PCB封裝和仿真模型等多種信息,方便統(tǒng)一管理。

● 獨(dú)立PCB庫(kù)(PCB Library): 僅包含PCB封裝信息(.PcbLib文件)。

● 制造商提供的庫(kù): 許多元器件制造商會(huì)提供其產(chǎn)品的Altium Designer封裝庫(kù)。

● 在線庫(kù): Altium Designer提供了Altium Content Vault等在線庫(kù),可以直接搜索和下載元器件。

2. 查找和添加封裝:

● 在原理圖設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)您放置元器件后,需要為其指定正確的PCB封裝。

● 雙擊原理圖上的元器件,打開(kāi)“Properties”面板。

● 在“Models”區(qū)域,點(diǎn)擊“Add” -> “Footprint”。

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● 在彈出的“Add Footprint”對(duì)話框中,您可以:

○ 瀏覽已安裝的庫(kù): 在“Libraries”下拉菜單中選擇已安裝的庫(kù),然后搜索或?yàn)g覽所需的封裝。

○ 從在線庫(kù)搜索: 點(diǎn)擊“Search”按鈕,在Altium Content Vault中搜索。

○ 手動(dòng)創(chuàng)建: 如果找不到合適的封裝,則需要手動(dòng)創(chuàng)建。


3. 創(chuàng)建自定義封裝:

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中沒(méi)有所需元器件的封裝時(shí),您需要手動(dòng)創(chuàng)建。

● 點(diǎn)擊菜單欄的“File” -> “New” -> “Library” -> “PCB Library”。

● 一個(gè)新的PCB庫(kù)文件(.PcbLib)將被創(chuàng)建并打開(kāi)。

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● 繪制焊盤(pán):

○ 點(diǎn)擊工具欄上的“Place Pad”圖標(biāo),或使用快捷鍵“P” -> “P”。

○ 根據(jù)元器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的尺寸信息,繪制焊盤(pán)并設(shè)置其形狀(圓形、方形、橢圓形等)、尺寸和編號(hào)。

○ 對(duì)于表面貼裝(SMD)元器件,通常使用矩形或橢圓形焊盤(pán);對(duì)于通孔(Through-Hole)元器件,使用圓形焊盤(pán)。

● 繪制絲印層(Top Overlay):

○ 切換到“Top Overlay”層。

○ 使用“Place Line”或“Place Arc”等工具繪制元器件的外形輪廓、引腳1標(biāo)識(shí)、極性標(biāo)識(shí)等,用于指導(dǎo)元器件的安裝。

● 繪制機(jī)械層(Mechanical Layer):

○ 在機(jī)械層上繪制元器件的實(shí)際尺寸、高度、禁止布線區(qū)等信息,用于機(jī)械檢查和裝配。

● 添加3D模型(可選):

○ 為了在3D視圖中更好地查看元器件,可以導(dǎo)入或創(chuàng)建元器件的3D模型。

○ 點(diǎn)擊菜單欄的“Place” -> “3D Body”。

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○ 選擇導(dǎo)入STEP模型或創(chuàng)建拉伸體。

● 保存封裝:

○ 完成封裝繪制后,點(diǎn)擊菜單欄的“File” -> “Save”保存PCB庫(kù)文件。

○ 將此庫(kù)文件添加到您的工程中,以便在原理圖中使用。

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正確和規(guī)范的封裝庫(kù)是PCB設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ),務(wù)必仔細(xì)核對(duì)元器件數(shù)據(jù)手冊(cè),確保封裝尺寸的準(zhǔn)確性。