Altium Designer保姆级教程（一）：下载安装、原理图设计、布线封装及Gerber导出

在当今电子产品飞速发展的时代，印刷电路板（PCB）作为电子产品的核心载体，其设计质量直接决定了产品的性能、可靠性和成本。对于初学者而言，掌握一款专业的PCB设计软件是进入电子设计领域的敲门砖。本文将以Altium Designer为例，为您详细介绍PCB设计的入门路径。

一、Altium Designer软件简介与安装步骤

Altium Designer是一款功能强大、集成度高的电子产品开发平台，广泛应用于原理图设计、PCB布局布线、FPGA设计、嵌入式软件开发等多个领域。它以其直观的用户界面和全面的功能，成为众多工程师的首选工具。

安装步骤（以Windows系统为例）：

1.  获取安装包： 从官方渠道获取Altium Designer的安装程序。https://data.altium.com.cn/url/4wypkgzkdmqdknxv

2.  运行安装程序： 双击下载的安装文件，启动安装向导。

3.  接受许可协议： 阅读并同意软件许可协议。

4.  选择安装类型： 通常选择“Custom installation”（自定义安装），以便选择所需的功能模块。

5.  选择功能模块： 勾选“Schematic Capture”（原理图捕获）、“PCB Design”（PCB设计）等核心功能。如果需要，还可以选择其他仿真、FPGA等模块。

6.  选择安装路径： 选择一个合适的安装目录，建议不要安装在系统盘。

7.  开始安装： 开始安装过程，这可能需要一些时间。

8.  完成安装： 安装完成后，根据提示选择是否立即启动软件或安装许可。

9.激活许可： 根据您获得的许可类型（如永久许可、按年订阅许可或试用许可），按照软件提示进行激活。

二、新建工程与原理图设计流程

在Altium Designer中进行PCB设计，首先需要创建一个工程，并在其中完成原理图设计。

1. 新建工程：

● 打开Altium Designer软件。

● 点击菜单栏的“File” -> “New” -> “Project”。

● 在弹出的“New Project”对话框中，选择“PCB Project”作为工程类型。

l 为工程命名并选择保存路径。建议为每个设计创建一个独立的文件夹。

l 点击“Create”完成工程创建。此时，在“Projects”面板中会显示您新建的工程。

2. 新建原理图文件：

l 在“Projects”面板中，右键点击您的工程名称。

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

l 一个新的原理图文件（.SchDoc）将被添加到工程中并自动打开。

3. 原理图设计流程：

l 放置元器件：

? 打开“Libraries”面板（如果未打开，可在“Panels”菜单中找到）。

? 在库中搜索并选择所需的元器件（如电阻、电容、IC等）。

? 点击“Place”或直接拖拽元器件到原理图工作区。

? 使用快捷键“Space”旋转元器件，使用“X”或“Y”键镜像元器件。

l 连接导线：

? 点击工具栏上的“Place Wire”图标，或使用快捷键“P” -> “W”。

? 在元器件引脚之间绘制导线，建立电气连接。

l 放置网络标号（Net Label）：

? 对于需要连接到不同位置或不同页面的网络，使用网络标号进行命名。

? 点击工具栏上的“Place Net Label”图标，或使用快捷键“P” -> “N”。

? 输入网络名称，并放置在导线上。相同名称的网络标号会自动连接。

l 放置电源/地符号：

? 点击工具栏上的“Place Power Port”或“Place Ground”图标。

? 放置常用的电源（如VCC, 3V3, 5V）和地（GND）符号。

l 添加总线（Bus）：

? 对于多条并行信号线（如数据总线），可以使用总线来简化原理图。

? 点击工具栏上的“Place Bus”图标。

? 使用“Bus Entry”将单根导线连接到总线。

l 添加端口（Port）：

? 用于连接不同原理图页面或连接到PCB外部的信号。

? 点击工具栏上的“Place Port”图标。

l 添加注释和文本：

? 使用“Place Text Frame”或“Place Text String”添加设计说明、元器件参数等。

l 编译工程：

? 完成原理图设计后，点击菜单栏的“Project” -> “Compile PCB Project [工程名]”。

? 编译过程会检查原理图中的电气规则错误和警告，并在“Messages”面板中显示。根据提示修正错误。

完成原理图设计并编译无误后，就可以将其同步到PCB设计中了。

三、PCB布局与布线基本操作

原理图设计完成后，下一步是进行PCB的布局和布线。这是将抽象的电路连接转化为实际物理板卡的关键步骤。

1. 创建PCB文件：

l 在“Projects”面板中，右键点击您的工程名称。

l 选择“Add New to Project” -> “PCB”。

l 一个新的PCB文件（.PcbDoc）将被添加到工程中并自动打开。

2. 从原理图更新PCB：

l 在PCB文件打开的状态下，点击菜单栏的“Design” -> “Update PCB Document”。

l 在弹出的“Engineering Change Order”（ECO）对话框中，点击“Validate Changes”验证更改。

l 如果验证通过，点击“Execute Changes”执行更改。此时，原理图中的所有元器件和网络信息将被导入到PCB文件中。

l 导入的元器件通常会堆叠在一起，需要手动进行布局。

3. PCB布局（Component Placement）：

l 设置板框：

? 进入“Board Planning Mode”（快捷键“1”）。

? 使用“Design” -> “Board Shape” -> “Define from selected objects”或“Define Board Shape from 3D Body”等方式绘制或导入PCB板框。

? 切换回“2D Layout Mode”（快捷键“2”）。

l 放置元器件：

? 将导入的元器件拖拽到板框内。

? 根据电路功能、信号流向、散热要求、机械结构和美观度等原则进行布局。

? 重要原则：

n 功能分区： 将模拟电路、数字电路、电源电路等进行分区，减少相互干扰。

n 信号流向： 按照信号的输入到输出方向进行布局，避免信号线交叉。

n 热量管理： 将发热量大的元器件（如电源芯片、功率器件）放置在散热良好的位置，并考虑散热片或风扇的空间。

n 机械结构： 考虑连接器、安装孔、外壳等物理限制。

n 电源去耦： 去耦电容应尽可能靠近IC的电源引脚放置。

l 锁定元器件： 布局完成后，选中元器件，右键选择“Lock”或使用快捷键“L”，防止误移动。

4. PCB布线（Routing）：

l 设置设计规则（Design Rules）：

? 点击菜单栏的“Design” -> “Rules”。

? 在“Design Rules”对话框中，设置布线宽度、间距、过孔尺寸、层数等规则。这是布线前最重要的步骤，确保布线符合制造要求和电气性能。

l 交互式布线：

? 点击工具栏上的“Interactive Routing”图标，或使用快捷键“P” -> “T”。

? 点击需要布线的网络引脚，然后沿着预期的路径绘制导线。

? 使用“Shift + Space”切换布线模式（如45度、90度、任意角度）。

? 使用“+”或“-”键切换布线层，同时会自动放置过孔（Via）。

? 对于高速信号线，应考虑差分对布线、等长布线等高级布线技术。

l 自动布线（可选）：

? 对于复杂或时间有限的设计，可以尝试使用自动布线器。

? 点击菜单栏的“Route” -> “Auto Route” -> “All”。

? 自动布线器会根据设置的设计规则进行布线。但通常需要人工干预和优化，以达到最佳效果。

l 铺铜（Polygon Pour）：

? 在PCB的空白区域铺设大面积的铜皮，通常用于接地（GND）或电源（Power）层，以提供良好的电气参考平面和散热。

? 点击工具栏上的“Place Polygon Pour”图标。

? 绘制铺铜区域，并指定其连接的网络。

布局和布线是PCB设计的核心，需要耐心和细致的操作，并不断检查和优化。

元器件封装库的使用方法

元器件封装库是PCB设计中不可或缺的部分，它定义了元器件在PCB上的物理尺寸、焊盘形状和引脚排列。正确使用封装库是确保PCB能够顺利制造和组装的前提。

1. 封装库的类型：

● 集成库（Integrated Library）： 包含原理图符号、PCB封装和仿真模型等多种信息，方便统一管理。

● 独立PCB库（PCB Library）： 仅包含PCB封装信息（.PcbLib文件）。

● 制造商提供的库： 许多元器件制造商会提供其产品的Altium Designer封装库。

● 在线库： Altium Designer提供了Altium Content Vault等在线库，可以直接搜索和下载元器件。

2. 查找和添加封装：

● 在原理图设计时，当您放置元器件后，需要为其指定正确的PCB封装。

● 双击原理图上的元器件，打开“Properties”面板。

● 在“Models”区域，点击“Add” -> “Footprint”。

● 在弹出的“Add Footprint”对话框中，您可以：

○ 浏览已安装的库： 在“Libraries”下拉菜单中选择已安装的库，然后搜索或浏览所需的封装。

○ 从在线库搜索： 点击“Search”按钮，在Altium Content Vault中搜索。

○ 手动创建： 如果找不到合适的封装，则需要手动创建。

3. 创建自定义封装：

当标准库中没有所需元器件的封装时，您需要手动创建。

● 点击菜单栏的“File” -> “New” -> “Library” -> “PCB Library”。

● 一个新的PCB库文件（.PcbLib）将被创建并打开。

● 绘制焊盘：

○ 点击工具栏上的“Place Pad”图标，或使用快捷键“P” -> “P”。

○ 根据元器件数据手册中的尺寸信息，绘制焊盘并设置其形状（圆形、方形、椭圆形等）、尺寸和编号。

○ 对于表面贴装（SMD）元器件，通常使用矩形或椭圆形焊盘；对于通孔（Through-Hole）元器件，使用圆形焊盘。

● 绘制丝印层（Top Overlay）：

○ 切换到“Top Overlay”层。

○ 使用“Place Line”或“Place Arc”等工具绘制元器件的外形轮廓、引脚1标识、极性标识等，用于指导元器件的安装。

● 绘制机械层（Mechanical Layer）：

○ 在机械层上绘制元器件的实际尺寸、高度、禁止布线区等信息，用于机械检查和装配。

● 添加3D模型（可选）：

○ 为了在3D视图中更好地查看元器件，可以导入或创建元器件的3D模型。

○ 点击菜单栏的“Place” -> “3D Body”。

○ 选择导入STEP模型或创建拉伸体。

● 保存封装：

○ 完成封装绘制后，点击菜单栏的“File” -> “Save”保存PCB库文件。

○ 将此库文件添加到您的工程中，以便在原理图中使用。

正确和规范的封装库是PCB设计成功的基础，务必仔细核对元器件数据手册，确保封装尺寸的准确性。