PCB布局指南

每一款电子产品内部都有一块印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）。 如今，元器件已经缩小到以毫米的分数来衡量，而不再是以厘米计；走线宽度也从过去常见的 10 mil、间距较大的线条，缩小到细如发丝、紧密排列的 2 或 3 mil 线条。随着信号速度不断提升，PCB 的互连也从“仅仅是传输电能的简单铜导体”，演变为“高速传输线”，因此需要采用相应的设计技术来应对。机械方面的要求也变得更加复杂。紧凑且外形不规则的现代电子产品，需要同样紧凑且外形不规则的印制电路板，通常以刚挠结合（rigid-flex）结构实现——这类板子可能带有弧形边缘和开槽（cutout），因此元器件的摆放位置必须经过精心规划。

借助 Altium 的 PCB 设计技术可以应对这些挑战。Altium Designer 的 PCB 编辑器允许你创建、编辑并验证 PCB 设计。

设置 PCB 编辑器

PCB Editor 类别位于Preferences对话框中（点击设计空间右上角的图标即可打开），可访问一系列会影响 PCB 编辑器行为的首选项页面。你可以在任何时候打开这些首选项，并按需配置相关设置。

使用 Altium Designer 的Preferences中的PCB Editor类别来设置 PCB 编辑器。

了解更多 PCB 首选项信息：PCB Editor Preferences。

设置 PCB 文档

要开始进行 PCB 布局，请向 PCB 工程中添加一个新的 PCB 文档。操作方法是：在Projects面板中右键单击该工程条目，然后从右键菜单中选择Add New to Project » PCB命令。默认的 PCB 文档将显示在设计空间中。

新建的 PCB 文档会成为设计空间中的活动文档。

当设计空间中未选中任何对象时，可在Properties面板中配置 PCB 文档的选项。主要选项在该面板的General选项卡中进行配置：

• 栅格设置（Grid Manager区域）——配置默认全局栅格的选项，或按需添加额外栅格（直角坐标与极坐标）。栅格可确保对象移动与放置的精确性。

  在设计空间中，按下 G 可打开一个菜单，从中可快速将全局栅格设置为某个标准值。
• 单位（Other区域）——为文档选择首选的测量单位（mm或）。

在Properties面板中配置 PCB 文档选项。

了解更多关于配置 PCB 文档的信息： PCB Environment Setup。

定义板形与原点

板形（也称为板框/板外形，board outline）定义了电路板的整体边界范围。默认情况下，板子是一个 6000 x 4000 mil（152.4 x 101.6 mm）的矩形。PCB 编辑器提供了多种工具，可按需求定义板形。

你可以通过以下流程交互式定义新的板形：

1. 从主菜单选择View » Board Planning Mode命令，进入编辑器的 Board Planning Mode（板规划模式）。

2. 从主菜单选择Design » Redefine Board Shape命令。

3. 定位光标并单击，以锚定板形的起始顶点。

4. 移动光标到准备放置第二个顶点的位置，然后单击放置。

   • 按下 Shift+Spacebar 可在五种可用的拐角模式间循环切换：45 度、45 度带圆弧、90 度、90 度带圆弧，以及任意角度。
   • 按下 Spacebar 可在两种拐角方向子模式之间切换。
   • 在任一圆弧拐角模式下，按住 “,” 或 “.” 键可缩小或增大圆弧。按住 Shift 键的同时再按上述键，可加速圆弧尺寸调整。

5. 继续移动鼠标并单击，以放置更多顶点。

6. 放置最后一个顶点后，右键单击以闭合并完成板形定义。无需手动闭合板形，因为 PCB 编辑器会自动将起点与最后放置的点连接，从而完成闭合。

你也可以通过以下流程编辑现有板形，而不是重新定义：

1. 从主菜单选择View » Board Planning Mode命令，进入编辑器的 Board Planning Mode（板规划模式）。
2. 从主菜单选择 Design » Edit Board Shape 命令。

3. 单击并按住，拖动板形的边或顶点以移动它。

   • 移动顶点时，使用 Shift+Spacebar 切换模式。
   • Ctrl+Click在边缘上远离编辑手柄的位置单击，可插入一个新的端点顶点。
4. 通过在设计空间任意位置单击（在板形上或远离板形）退出编辑模式。

使用主菜单中的View » 2D Layout Mode命令返回编辑器的 2D Layout Mode（2D 布局模式）。

了解更多可用的板形定义技术： Defining the Board Shape。

配置图层显示

除了用于制造电路板的图层（包括信号层、电源平面层、阻焊层和丝印层）之外，PCB 编辑器还支持大量其他非电气图层。图层通常按以下方式分组：

•  

   

   

   

   

  Electrical Layers——包含 32 个信号层和 16 个内部电源平面层。

• Component Layers——用于元器件设计的图层，包括 Overlay（丝印）、Solder（阻焊）和 Paste（锡膏）层。如果在库编辑器中将对象放置在封装的这些图层之一上，当元器件从板顶层翻转到底层时，检测到位于 Component 图层上的所有对象都会翻转到其对应的 Component 配对图层上。这也包括位于用户自定义 Component Layer Pairs（配对的机械层）上的对象。

• Mechanical Layers——软件支持无限数量的通用机械层，用于尺寸标注、制造细节、装配说明等设计任务。如有需要，这些图层可选择性地包含在打印与 Gerber 输出生成中。机械层也可以配对；当它们配对后，其行为与 Component Layers 相同。配对的 Component Layers 可用于 3D 实体放置、点胶（glue dots）以及边缘连接器的选择性镀金等任务。

• Other Layers——包括 Keep-Out 层（用于定义适用于所有铜层的禁布区）、多层（multi-layer，用于存在于所有信号层上的对象，例如焊盘与过孔）、Drill Drawing 层（用于放置钻孔信息，例如钻孔表）、以及 Drill Guide 层（用于显示指示钻孔位置与尺寸的标记）。

铜层通过 Layer Stack Manager（层叠管理器）在设计中添加或移除，下一节将讨论该内容。所有其他图层都在View Configuration面板中启用并配置。

   
View Configuration面板的两个选项卡

除了图层显示状态与颜色设置外，View Configuration面板还可访问其他显示设置，包括：

• System Colors系统颜色的颜色与可见性，例如选择颜色（Selection color），或是否显示连接线（Connection Lines）。

• 各类对象的显示方式（实心或草图）及其透明度（Object Visibility部分）。

• 各种视图选项，例如是否显示 Origin Marker、Pad Net 名称以及 Pad Numbers（Additional Options部分）。

• 当对象被调暗（dimmed）或遮罩（masked）时，显示淡化的程度（Mask and Dim Settings部分）。

• 创建 Layer Sets（图层集）：通过 控件快速切换当前可见图层（Layers部分）。

• 创建与选择 View Configurations（视图配置）：用于预配置所有图层属性，例如颜色、可见性、对象透明度等（General Settings部分）。

关于图层的一些说明：

• 当前启用的层会以一系列选项卡的形式显示在 PCB 设计空间底部，如下图所示。右键单击某个选项卡可访问常用的层显示命令。

  

• 在 PCB 上放置对象时，应考虑它们将放置在哪一层。对象会放置在当前层上，当前层在设计空间底部以活动层选项卡的形式显示。 在上图中，Top Layer 是活动层。

• 要切换活动层：

  • 单击设计空间底部的层选项卡，或

  • 按 + 或 - 数字键在所有层之间循环切换，或

  • 按 * 数字键在信号层之间循环切换，或

  • 使用 Ctrl+Shift+Mouse Wheel 快捷键。

• 在繁忙的设计中，仅显示当前正在处理的层会有所帮助； 这称为 Single Layer Mode。要在单层模式显示/退出之间切换，请按 Shift+S 快捷键。Available Single Layer Modes 在 Preferences 对话框的 PCB Editor – Board Insight Display 页面中进行配置。每按一次 Shift+S，都会切换到下一个已启用的单层模式。

了解更多关于配置 PCB 视图的信息： Your View of the PCB。

定义层叠结构

PCB 以层叠结构的形式进行设计与构建，该结构在 Layer Stack Manager （Design » Layer Stack Manager）中定义。 Layer Stack Manager 会像原理图页、PCB 以及其他文档类型一样，在文档编辑器中打开。 其功能分布在 Layer Stack Manager 底部显示的各个选项卡中。主要的配置操作在 Stackup 和 Via Types 选项卡中完成。

Stackup  选项卡详细列出了制造层。在此选项卡中可添加、删除并配置层。

❯ ❮ Javascript

要添加一层，在网格区域中选择要在其上方/下方添加新层的层，然后单击 Add 按钮（位于 Layer Stack Manager 顶部），并使用弹出的窗口。 要删除一层，在网格区域中选中该层并单击 Delete 按钮。 要从材料库中选择层材料，在网格区域中选择所需层并单击 Modify 按钮。所选材料定义的属性将应用到该层。 当前选中层的属性也可以直接在网格区域或 Properties 面板中编辑。

Via Types 选项卡用于定义设计中所用过孔在 Z 平面方向允许跨越的层间要求。

❯ ❮ Javascript

默认的通孔过孔类型在 PCB 设计中始终存在。 要添加额外的过孔类型（盲孔、埋孔或微孔），请单击 Layer Stack Manager 顶部的 Add 按钮，然后在网格区域中选中该过孔类型时，在 Properties 面板中的 First layer 和 Last layer 下拉列表里选择该过孔类型所跨越的层。 要删除已添加的过孔类型，在网格区域中选中它并单击 Delete 按钮。

使用 Layer Stack Manager 中的 File » Save to PCB 命令，将更改反映到 PCB 中。

了解更多关于 Layer Stack Manager 的信息：Defining the Layer Stack， Blind, Buried & Micro Via Definition。

配置设计规则

设计规则会根据不同的设计要求对设计进行监控与测试，例如铜对象之间的间距、走线宽度、网络长度等。总体而言，设计规则构成了一套供 PCB 编辑器遵循的指令集。

设计规则在 PCB Rules and Constraints Editor 对话框中定义与管理，可通过主菜单选择 Design » Rules 命令来访问。

PCB Rules and Constraints Editor 对话框包含两个部分：

• 对话框左侧以树状结构列出可用的规则类别、每个类别中的规则类型，以及当前已定义的各类型具体规则。
• 对话框右侧显示与树中当前所选内容相关的信息。例如，选择某条具体规则即可显示该规则的设置。

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单击 Design Rules 条目可访问汇总列表，其中列出为该设计定义的所有具体规则。 单击某个类别条目可访问汇总列表，其中列出该类别下所有相关设计规则类型已定义的全部具体规则。 单击某条具体规则的条目可访问用于管理其定义的控件。

设计规则包含以下三组设置（如下所述，并在后续图片中展示）：

1. 规则的主要属性——在此可为规则命名，并添加可选注释。
2. 规则作用范围 ——定义规则所针对的设计内特定对象。根据规则类型，需要定义一个作用范围（用于定义对象所需行为的一元规则）或两个作用范围（用于定义两个对象之间交互的二元规则）。
3. 规则约束 ——该规则的具体约束条件。

❯ ❮ Javascript

Width 类型的规则是一元规则。一元规则应定义一个作用范围（Where the Object Matches）。  Clearance 类型的规则是二元规则。二元规则应定义两个作用范围（Where the First Object Matches 和 Where the Second Object Matches）。

要创建新规则，在对话框树中右键单击所需的规则类型，并从上下文菜单中选择 New Rule 命令。 新规则将被添加到所选类别下的树中。选择树中的该规则条目即可进行编辑。

当存在多条同类型规则且目标对象相同（或相同对象组合）时，PCB 编辑器会使用规则优先级来确保应用优先级最高且适用的规则。 单击 PCB Rules and Constraints Editor 对话框底部的 Priorities  按钮打开 Edit Rule Priorities 对话框，并按需更改优先级。1 为最高优先级。添加新规则（使用 New Rule 命令）时，会被赋予最高优先级。

了解更多关于 PCB 设计规则及具体规则类型的信息： Defining, Scoping & Managing PCB Design Rules， PCB Design Rule Types。

放置元件

当设计数据从 PCB 项目的原理图传输到 PCB 文档（在原理图编辑器主菜单中使用 Design » Update PCB Document 命令并执行后续 ECO 流程）后，原理图中所用元件的默认封装会被放置在 PCB 文档中的任意位置。元件焊盘将根据原理图中定义的网络（相连的元件引脚）通过连接线相连。

从原理图更新后的 PCB。

在 PCB 上确定元件位置的基本技巧包括：

• 要将元件移动到所需位置，Click, Hold&Drag 然后松开鼠标按钮以放置。
• 要旋转元件，在拖动时按 Spacebar 。 要将元件翻转到电路板另一面，在拖动时按 L。 

移动元件时，连接线会自动重新优化。可利用连接线帮助确定元件的朝向与位置，以减少连接线交叉的数量。

了解更多关于 PCB 上的连通性与元件放置：Understanding Connectivity on Your PCB，Component Placement。

Routing the Board

布线（Routing）是在板上铺设走线、圆弧和过孔，以连接元件焊盘的过程。PCB 编辑器提供多种工具（包括交互式布线工具）来帮助你完成板上连接的布线。

由于布线工具是由规则驱动的，因此在开始布线前配置设计规则至关重要。交互式布线过程中主要使用的设计规则包括：

• 间距（Clearance）规则（Electrical 类别）——定义正在布线的网络，其走线允许与板上其他对象接近到什么程度。
• 线宽（Width）规则（Routing 类别）——定义正在布线的网络的走线宽度。
• 布线过孔样式（Routing Via Style，Routing 类别）——定义布线换层时放置过孔的直径与孔径。

同时也建议设置一个适合布线的捕捉栅格。

要布一条单独的连接，使用交互式布线（Interactive Routing）工具。流程如下：

1. 从主菜单中选择 Route » Interactive Routing 命令。

2. 单击你希望开始布线的元件焊盘。

3. 移动光标定位，然后在设计空间中单击以将走线放置到光标位置。继续定义走线路径。

4. 单击目标焊盘以完成该连接的布线。该连接会被自动释放，你将保持在交互式布线模式中，准备布下一条连接。

5. 右键单击退出交互式布线模式。

交互式布线注意事项：

• 在交互式布线时，当光标靠近焊盘，会自动捕捉到焊盘中心。这是对象热点（object hotspot）功能，会将光标拉向最近电气对象的热点。

  有时该功能会在你不希望捕捉时拉动光标。此时，按 Ctrl 键可临时抑制捕捉。或者使用 Shift+E 快捷键在三种 Hotspot Snap 模式间循环切换——Hotspot Snap (All Layers) / Hotspot Snap（仅在当前层捕捉）/ Off。当前模式会显示在状态栏上（当该功能关闭时，状态栏不显示任何内容）。

  了解更多：Working with the Cursor-Snap System。

• 在交互式布线过程中，你可以使用以下快捷键：

  • Tab用于暂停布线并打开 Properties 面板以配置交互式布线选项。完成后，在设计空间中单击 ​ 按钮返回交互式布线模式。

  • Shift+Spacebar用于在拐角样式间循环切换：Track 45、Line 45/90 With Arc、Any Angle 等。

  • Spacebar 用于切换拐角方向。

  • Shift+R 用于在可用的布线冲突解决模式间循环切换：Walkaround Obstacles、Push Obstacles、Ignore Obstacles 等。

  • Ctrl+Shift+Wheel Scroll用于切换到下一个可用的信号层并插入一个过孔。

  • Shift+F1用于显示交互式布线快捷键列表。

• 布线时，走线段会以不同方式显示（如下图所示）：

  • Solid——该线段已放置。

  • Hatched——斜线填充的线段为建议但未提交；当你单击时它们将被放置。

  • Hollow——这称为前瞻（look-ahead）线段，它用于帮助你判断最后一段建议线段应在何处结束。除非下一次单击会完成整条走线，否则该线段会在你单击时被 not 放置。在这种情况下，Automatically Terminate Routing 选项会生效并覆盖默认的前瞻行为。布线过程中可使用 1 快捷键切换前瞻模式开/关。

   
  实线段表示已放置，斜线段表示建议但未提交，空心段为前瞻线段。

• 一个非常有用的可视化功能是：能够在所有其他网络对象周围显示间距边界（），以帮助你判断可用布线空间。使用 Ctrl+W 快捷键可切换间距边界的显示/隐藏。启用该功能并正在布某个网络时，所有其他网络对象都会显示由适用电气间距约束定义的间距边界；布线时无法跨越该边界。

• 布线过程中，抬头显示（Heads-Up display）和状态栏（）会提供大量有用信息，包括网络名称与当前线宽设置等。

• 你也可以不必一直布到目标焊盘，而是按 Ctrl+Click 使用 Auto-Complete 功能，指示布线引擎尝试完成整条连接的布线。自动完成（Auto-complete）的行为如下：

  • 它会选择最短路径，但这未必是最佳路径，因为你还需要为尚未布线的其他连接预留通道。如果处于 Push 模式，自动完成可以推挤现有走线以到达目标。

  • 对于较长的连接，自动完成路径不一定总是可用，因为布线路径是分段映射的，源焊盘与目标焊盘之间可能无法实现完整映射。

  • 你也可以直接在焊盘或连接线上执行 Auto-complete（Ctrl+Click）。

布线没有唯一解，因此你不可避免地会想要修改走线。PCB 编辑器提供了相应的功能与工具。主要有两种方式：重新布线（reroute）或重新调整（rearrange）。

• Reroute——选择 Route » Interactive Routing 命令，并从现有走线的任意位置开始布线，以重新定义连接路径。Loop Removal 功能会在你闭合回路并右键单击表示完成后，自动移除所有冗余的走线段（以及过孔）。

• Rearrange——使用 Click, Hold&Drag 在板上交互式地滑动或拖动走线段。

了解更多关于 PCB 布线：Routing the PCB。

Placing Polygons

要在 PCB 的某个信号层上覆盖一大片铜皮区域，可以使用多边形覆铜（polygon pour）。多边形覆铜会自动绕开现有对象，只与与该多边形覆铜同一网络的对象相连。间距与连接属性由适用的 Clearance 与 Polygon Connection Style 设计规则控制。

放置多边形覆铜的方法：

1. 从主菜单中选择 Place » Polygon Pour 命令。
2. 放置过程中，你可以按 Tab 键打开 Properties 面板，并配置正在放置的多边形属性：网络、层、填充模式等。完成后，在设计空间中单击 按钮返回放置模式。
3. 定位光标并单击，以锚定多边形覆铜的起始顶点。

4. 移动光标准备放置第二个顶点，然后单击放置。

   • 按 Shift+Spacebar 在五种可用拐角模式间循环切换：45 度、45 度带圆弧、90 度、90 度带圆弧，以及 Any Angle。
   • 按 Spacebar 在两种拐角方向子模式间切换。
   • 在任一圆弧拐角模式下，按住 “,” 或 “.” 键可缩小或增大圆弧。按住 Shift 键的同时进行操作可加速圆弧尺寸调整。
5. 继续移动鼠标并单击以放置更多顶点。
6. 放置最后一个顶点后，右键单击以闭合并完成多边形覆铜的放置。无需手动闭合多边形形状，因为 PCB 编辑器会自动将起点与最后放置的点连接，从而完成形状。
7. 继续放置更多多边形覆铜，或右键单击退出放置模式。

当多边形覆铜被修改（例如形状或属性发生变化）后，必须重新覆铜（repour）以反映这些修改。要重新覆铜，在选中该多边形时，单击 Properties 面板顶部的 Repour 按钮。

了解更多关于多边形覆铜：Polygons on Signal Layers。

执行设计规则检查

PCB 编辑器提供设计规则检查（DRC）功能，用于检查您的设计是否符合已启用的 设计规则。

设计规则检查的配置在 Design Rule Checker 对话框中完成，可通过主菜单中的 Tools » Design Rule Check 命令打开该对话框。

• 在对话框左侧树状列表中单击 Report Options 条目，以配置运行批处理 DRC（Batch DRC）时可用的其他选项。

• 单击 Rules to Check 条目或某个特定规则类别的条目，以 加载 包含规则类型列表的对话框，并按需为在线（Online）和/或批处理（Batch）DRC 启用各规则类型：

  • 在线 DRC（Online DRC）— 在您进行设计时将 实时 执行检查。

  • 批处理 DRC（Batch DRC）— 在对话框中单击 Run Design Rule Check 按钮后，以批处理方式执行检查；结果会列在 Messages 面板中，并可选择生成报告。

❯ ❮ Javascript

运行在线或批处理 DRC 时，检测到的规则违规会在设计空间中标示出来（使用 自定义违规图形和/或违规叠加层）。下面展示了设计空间中的一些违规示例：

走线违反 Width 规则。该违规同时通过 自定义违规图形和违规叠加层进行指示。

一条走线违反 Net Antennae 规则。该违规通过自定义违规图形进行指示。

您可以在 Preferences 对话框的 PCB Editor – DRC Violations Display 页面中，配置不同规则类型的违规在设计空间中的显示方式。

根据违规偏离要求的程度，您可以决定最佳的解决方式。 例如，如果最小阻焊桥（solder mask sliver） 约束 设置为 0.25 mm，而实际阻焊桥为 0.24 mm，那么情况并不严重，您可能可以调整约束以接受该值。但如果实际阻焊桥值为 0.02，那么这很可能不是通过调整约束就能解决的情况。

• 详细信息包含在 Messages 面板中。会同时列出实际值与指定值（例如 0.017mm < 0.254mm）。

• 您也可以 右键单击某个违规并打开 Violations 子菜单，以查看违反了哪个约束以及违规条件（）。

• PCB 编辑器还 包含便捷的测量工具，可用于测量两点之间的距离、测量所选对象（所选走线与圆弧的长度），以及测量两个图元之间的距离。更多信息请参阅 Measuring Distances on a PCB 页面。

PCB Rules And Violations 面板是用于定位并理解违规条件的优秀功能。 它默认会在 Rule Classes 列表中显示 [All Rules]。当您确定了感兴趣的规则类型后，选择该特定规则类，这样面板底部只会显示这些违规。面板会详细列出违规类型、测量值、约束以及发生违规的对象。 所选规则类或特定规则的检测到的违规也会列在面板的 Violations 区域中。单击某条违规条目，可根据面板顶部的设置 Mask/Dim/Normal、Select、Zoom，在设计空间中高亮显示该违规。 双击某条违规可打开 Violation Details 对话框。​​​

也可以通过在 PCB Rules And Violations 面板中右键单击相关条目并选择 Run DRC 命令，对所有规则、某一特定类型的规则或某一条特定规则运行 DRC。

可直接在 PCB Rules And Violations 面板中运行 DRC。此处展示了对所有已定义的 Clearance 规则运行 DRC。

了解更多关于 DRC 的信息： Design Rule Check (DRC)。