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1、PCB设计与制作,任务3.4 USB鼠标的四层PCB设计 电子课件,学习情境三,本任务内容,1.引导文 2.工作任务描述 3.操作演示,引导文,引导文 任务3.4 USB鼠标的四层PCB设计,教学目的 知识能力：分析USB鼠标电路，熟悉Altium Designer的PCB多层板板层的显示与颜色、元件自动布局的命令、规则及自动布局约束参数和元件的自动布局方式。 技能能力：掌握利用模板命令创建PCB文件的方法、PCB多层板的设置、PCB自动布局的规则和电路板自动布局的操作技巧及结束自动布局的方法。 社会能力：训练学生工程意识和良好的劳动纪律观念。,3.4.1 利用模板创建PCB文件,Altium
2、 Designer Summer 09提供通过PCB模板创建PCB文件的方式，打开File（文件）面板，单击New from template（从模板创建）选项栏中的PCB Templates（PCB模板）选项，如图3-82所示。弹出如图3-83所示的Choose existing Document（选择现有的文件）对话框。,引导文,引导文,图3-82 File面板,该对话框默认的路径是Altium Designer Summer 09自带的模板路径，在该路径中为用户提供了很多个可用的模板。和原理图文件面板一样，在Altium Designer Summer 09中没有为模板设置专门的文件形式
3、，在该对话框中能够打开的都是包含模板信息的后缀为PrjPcb和PcbDoc的文件。 从对话框中选择所需的模板文件，然后单击打开按钮即可生成一个PCB文件，生成的文件将显示在工作窗口中。由于通过模板生成PCB文件的方式操作起来非常简单，因此，建议用户在从事电子设计时将自己常用的PCB板保存为模板文件，以便于以后的工作。,引导文,引导文,图3-83 Choose existing Document对话框,3.4.2 电路板层数设置,在对电路板进行设计前，尤其是多层板进行设计前，可以对电路板的层数及属性进行详细的设置。这里所说的层主要是指Signal Layers（信号层）、Internal Pla
4、ne Layers（电源层和地线层）和Insulation（Substrate） Layers（绝缘层）。 单击菜单栏中的“Design（设计）|Layer Stack Manager（电路板层堆栈管理）”命令，系统将弹出如图3-14所示的Layer Stack Manager（电路板层堆栈管理）对话框。在该对话框中可以增加层、删除层、移动层所处的位置及对各层的属性进行设置。,引导文,信号层：信号层属性设置对话框如图3-84所示。用户可以自定义信号层的名称和铜箔的厚度（Copper thickness），铜箔厚度的定义主要用于进行信号完整性分析。 电源层：电源层属性设置对话框如图3-85所示。
5、用户可以自定义Name（名称），Copper thickness（铜箔的厚度）主要用于进行信号完整性分析，Net name（网络名）指连接到此层的网络名称，Pullback（障碍物）指将内部电源层铜箔的外围尺寸限制在整个电路板形状内部的铜箔导线。对于所设计的每一个内部电源层，一系列障碍物导线将自动地创建在板框周围。这些线在屏幕上不可以编辑，建立的障碍物线事实上是原来设置宽度的两倍。即如果设置的障碍物导线的宽度值为20mil，那么在内部电源层边框外面有20mil的铺铜，在边框的里面也有20mil的铺铜。,引导文,引导文,图3-84 信号层属性设置对话框 图3-85 电源层属性设置对话框,引导文,
6、绝缘层：绝缘层属性设置对话框如图3-86所示。Material（材料）表示材料的类型，Thickness（厚度）表示绝缘层的厚度，Dielectric Constant（绝缘体常数）表示绝缘体的介电常数。绝缘层的厚度和绝缘体的介电常数主要用于进行信号完整性分析。,图3-86 绝缘层属性设置对话框,图3-87 Impedance Calculation对话框,3.4.3 电路板层显示与颜色设置,PCB编辑器采用不同的颜色显示各个电路板层，以便于区分。用户可以根据个人习惯进行设置，并且可以决定是否在编辑器内显示该层。下面通过实际操作介绍PCB层颜色的设置，首先打开View Configuratio
7、ns（视图配置）对话框，有以下3种方法。 1）单击菜单栏中的“Design（设计）|Board Layers&Colors（电路板层和颜色设置）”命令。 2）在工作窗口右击，在弹出的右键快捷菜单中单击“Options（选项）|Board Layers &Colors”命令。 3）按快捷键L。,引导文,引导文,图3-88 View Configurations（视图配置）对话框,3.4.4 元件的自动布局命令,A1tium Designer Summer 09提供了强大的PCB自动布局功能，PCB编辑器根据一套智能算法可以自动地将元件分开，然后放置到规划好的布局区域内并进行合理的布局。单击菜单栏
8、中的“Tools（工具）|Component P1acement（元件放置）”命令，其了菜单中包含了与自动布局有关的命令，如图3-89所示。,引导文,引导文,图3-89 Component P1acement（元件放置）命令,3.4.5 自动布局约束参数,在自动布局前，首先要设置自动布局的约束参数。合理地设置自动布局参数，可以使自动布局的结果更加完善，也就相对地减少了手动布局的工作量，节省了设计时间。 自动布局的参数在PCB Rules and Constraints Editor（PCB规则和约束编辑器）对话框中进行设置。单击菜单栏中的“Design（设计）|Rules（规则）”命令，系统将
9、弹出PCB Rules and Constraints Editor（PCB规则和约束编辑器）对话框。单击该对话框中的P1acement（设置）标签，逐项对其中的选项进行参数设置。,引导文,引导文,图3-90 Component Clearance选项,引导文,图3-91 Height（高度规则）选项设置对话框,引导文,图3-92 Auto Placer（自动布局）对话框,3.4.6 元件的自动布局方式,单击菜单栏中的“Tools（工具）|Component Placement（元件放置）|Auto Placer（自动布局）”命令，系统将弹出如图3-92所示的Auto Placer（自动布局）
10、对话框。自动布局有两种方式，即分组布局方式和统计布局方式。,引导文,引导文,图3-93 统计布局设置对话框 图3-94 所示的Confirm（确认）对话框,3.4.7 自动布局的终止,自动布局的终止操作主要是针对分组布局方式。在大规模的电路设计中，自动布局涉及到大量计算，执行起来往往要花费很长的时间，用户可以往分组布局进程的任意时刻执行终止布局过程命令。单击菜单栏中的“Tools（工具）|Component Placement（元件放置）|Stop（停止）”命令，系统将弹出如图3-94所示的Confirm（确认）对话框，询问用户是否想要终止自动布局的进程。 勾选Restore componen
11、ts to old positions（将元件恢复到初始位置）复选框后，单击Yes（是）按钮，则可恢复到自动布局前的PCB显示效果。 取消对Restore components to old positions（将元件恢复到初始位置）复选框的勾选后，单击Yes（是）按钮，则工作窗口显示的是结束前最后一步的布局状态。 单击No（否）按钮，则继续未完成的自动布局进程。,引导文,3.4.8 推挤式自动布局,推挤式自动布局不是全局式的元件自动布局，它的概念和推挤式自动布线类似。在某些设计中定义了元件间距规则，即元件之间有最小间距限制。在对某个元件执行了移动操作后，可能违反了先前定义的元件间距规则。执行
12、推挤式的自动布局后，系统将根据设置的元件间距规则，自动地平行移动违反了间距规则的元件及其连线等对象，增加元件间距到符合元件间距规则为止。,3.4.9 导入自动布局文件进行布局,对元件进行布局时还可以采用导入自动布局文件来完成，其实质是导入自动布局策略。单击菜单栏中的“Tools（工具）|Component Placement（元件放置）|Place From File（导入布局文件）”命令，系统将弹出Load File Name（导入文件名称）对话框。从中选择自动布局文件（后缀为“Pik”），然后单击打开按钮即可导入此文件进行自动布局。通过导入自动布局文件的方法在常规设计中比较少见，这里导入的
13、并不是每一个元件自动布局的位置，而是一种自动布局的策略。,3.4.10 工作任务描述,1）图纸环境：度量单位设为英制，为线状格，可视格点1设为10mil，和可视格点2设为100mil； 2）利用模板创建电路板，机械尺寸自行确定，并自行规划布线区； 3）设定四层板，Internal Plane Layers（电源层和地线层）分别为VCC和GND； 4）关闭机械层电路板层的显示； 5）导入网络报表，练习自动布局：矩形区域内排列、板外排列等。 6）查看自动布局约束参数。 7）使用分组布局自动布局方式布局，并结合手动布局； 8）设定自动布线的规则：安全间距设置为8mil，一般导线宽度为8mil。 9）
14、补泪滴，显示3D效果图。,1. 新建工程及原理图图纸 在进行本电路的设计前，首先需要建立其工作环境。 1）启动Altium Designer Summer 09。 2）在Altium Designer主界面的菜单栏中，选择“file|New|project|PCB project”命令建立一个工程文件。 3）在Projects面板上单击PCB_Project. PrjPCB文件上单击右键，再出现的下拉条上选择save Project As命令，在出现的对话框中选择将新建的工程文件保存于任务4文件夹下的子任务3.4中，并命名为“USB鼠标电路”。在Project面板中，项目文件名变为“USB鼠标
15、电路PrjPCB”。,操作步骤演示,操作步骤,4）执行快捷键“F|N|S”，新建一个电路原理图文件，按步骤（3）中的操作，在Projects面板上右键单击Sheet.SchDoc，在出现的对话框中选择将新建的工程文件保存于任务3文件夹下的子任务3.4中，并命名为USB鼠标电路.SchDoc。,操作步骤,2. 绘制原理图 按照图3-95所提供USB鼠标原理图，在USB鼠标电路.SchDoc中绘制该图，过程这里不再赘述。 3. 编译工程 单击菜单栏中的“Project项目|Compile Document USB鼠标电路.SchDoc文件编译”命令，进行文件的编译。当在Messages信息面板中没
16、有Warning警告和Error错误时，继续下一步。,操作步骤,4. 利用模板新建PCB文件,1）在设计界面，打开File（文件）面板，单击New from template（从模板创建）选项栏中的PCB Templates（PCB模板）选项。在Choose existing Document（选择现有的文件）对话框中选择A4，双击后，自动进入创建的PCB界面。 2）在左端Project区的PCBl.PcbDoc上单击右键，并执行“file|save As”，将新建的工程文件保存于任务4文件夹下子任务3.4中，并命名为USB鼠标电路。在Project面板中，项目文件名变为USB鼠标电路.PcbDoc。,操作步骤,5. 创建布线区,1） 在USB鼠标电路.PcbDoc界面，单击工作窗口下方的Keep-out Layer（禁止布线层）标签，使该层处于当前的工作窗口中。 2） 单击菜单栏中的“Place（放置）|Keep out（禁止布线）|Track（布线区边线）”命令，此
