PCB布局指南

每个电子产品内部都有一块印制电路板，即 PCB。 如今，元器件的尺寸已大幅缩小，其计量单位已从厘米变为不足一毫米；走线也从宽度为 10 mil、间距宽松的线条，缩小为宽度仅 2 或 3 mil、排列紧密的发丝状细线。随着信号速度不断提高，PCB 互连也不再只是传输电能的简单铜导体，而是表现为高速传输线，因此需要采用相应的设计技术。机械要求也变得更加复杂。外形紧凑且不规则的现代电子产品需要同样紧凑且不规则的印制电路板，这类电路板通常采用刚柔结合结构，可能具有曲边和切口，因此需要精心安排元器件的位置。

Altium PCB 设计技术可以应对这些挑战。Altium Designer 的 PCB 编辑器可用于创建、编辑和验证 PCB 设计。

设置 PCB 编辑器

在 Preferences 对话框中（单击设计空间右上角的  图标即可打开），PCB Editor 类别提供了多个首选项页面，用于设置 PCB 编辑器的行为。您可以随时访问这些首选项，根据需要配置设置。

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

了解有关 PCB 首选项的更多信息：PCB 编辑器首选项。

设置 PCB 文档

要开始 PCB 布局，请向 PCB 项目中添加一个新的 PCB 文档。为此，在 Projects 面板中右键单击项目条目，然后从上下文菜单中选择 Add New to Project » PCB 命令。默认 PCB 文档将显示在设计空间中。

新建的 PCB 文档将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 选项卡上配置：

• 栅格设置（Grid Manager 区域）——配置默认全局栅格的选项，或根据需要添加其他栅格（笛卡尔栅格和极坐标栅格）。栅格可确保对象的精确移动和放置。

  在设计空间中，按 G 可打开一个菜单，从中可将全局栅格快速设置为某个标准值。
• 单位（Other 区域）——为文档选择首选的计量单位（mm 或 mils）。

在 Properties 面板中配置 PCB 文档的选项。

了解有关配置 PCB 文档的更多信息： PCB 环境设置。

定义板形和原点

板形也称为电路板外形，用于定义电路板的整体范围。默认情况下，电路板为尺寸为 6000 x 4000 mil（152.4 x 101.6 mm）的矩形。PCB 编辑器提供了多种工具，可根据需要定义板形。

您可以按以下步骤以交互方式定义新的板形：

1. 从主菜单中选择 View » Board Planning Mode 命令，进入编辑器的板规划模式。

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

3. 定位光标并单击，确定板形的起始顶点。

4. 移动光标至第二个顶点的位置，然后单击放置该顶点。

   • 按 Shift+Spacebar 可在五种可用的转角模式之间循环切换：45 度、带圆弧的 45 度、90 度、带圆弧的 90 度以及任意角度。
   • 按 Spacebar 可在两种转角方向子模式之间切换。
   • 在任一圆弧转角模式下，按住“,”或“.”键可缩小或增大圆弧。同时按住 Shift 键可加快圆弧尺寸的调整。

5. 继续移动鼠标并单击，放置更多顶点。

6. 放置最后一个顶点后，右键单击以闭合板形并完成定义。无需手动闭合板形，PCB 编辑器会自动连接起点与最后放置的点，从而完成板形。

您也可以按以下步骤编辑现有板形，而无需重新定义：

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

3. 单击并按住板形的边或顶点，然后拖动以移动它。

   • 移动顶点时，使用 Shift+Spacebar 切换模式。
   • Ctrl+Click在边上远离编辑控制点的任意位置操作，可插入一个新的端点。
4. 单击设计空间中的任意位置（板形上或板形外），退出编辑模式。

使用主菜单中的 View » 2D Layout Mode 命令返回编辑器的二维布局模式。

了解有关可用板形定义方法的更多信息： 定义板形。

配置层的显示

除了用于制造电路板的层（包括信号层、电源平面层、阻焊层和丝印层）之外，PCB 编辑器还支持多种其他非电气层。这些层通常按以下方式分组：

• Electrical Layers ——包括 128 个信号层和 16 个内部电源平面层。

• Component Layers ——用于元器件设计的层，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元器件封装的这些层之一上，那么当元器件从电路板顶面翻转到底面时，所有检测到位于元器件层上的对象都会翻转到与之配对的元器件层。这也包括用户定义的元器件层对（成对的机械层）上的对象。

• Mechanical Layers ——软件支持数量不限的通用机械层，用于尺寸标注、制造细节、装配说明等设计任务。如有需要，可以选择将这些层包含在打印输出和 Gerber 输出中。机械层也可以配对；配对后，它们的行为与元器件层相同。成对的元器件层可用于放置 3D 实体、标注胶点，以及板边连接器的选择性镀金等任务。

• Other Layers – 这些层包括 Keep-Out 层（用于定义适用于所有铜层的禁布区）、Multi-Layer 层（用于放置存在于所有信号层上的对象，例如焊盘和过孔）、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和尺寸的标记）。

铜层通过层叠管理器在设计中添加和移除，下一节将介绍层叠管理器。所有其他层均在 View Configuration 面板中启用和配置。

   
View Configuration 面板的两个选项卡

除了层的显示状态和颜色设置，View Configuration 面板还提供其他显示设置 ，包括：

• System Colors 的颜色和可见性，例如选择颜色，或是否显示连接线。

• 各类对象的显示方式（实心或轮廓）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 名称和 Pad Numbers（Additional Options 部分）。

• 对象变暗或被遮罩时，显示的淡化程度（Mask and Dim Settings 部分）。

• 创建层集，利用 控件快速切换当前可见的层（Layers 部分）。

• 创建和选择视图配置，用于预先配置所有层属性，例如颜色、可见性、对象透明度等（General Settings 部分）。

关于层的一些说明：

• 当前启用的层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，应考虑要将其放置在哪一层。对象会放置在当前层上，该层对应于设计空间底部处于活动状态的层选项卡。 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

  • 按数字键 + 或 - 循环切换所有层，或

  • 按数字键 * 循环切换信号层，或

  • 使用 Ctrl+Shift+Mouse Wheel 快捷键。

• 在复杂的设计中，仅显示当前正在处理的层会有所帮助； 这称为 Single Layer Mode。要切换进入或退出单层模式，请按 Shift+S 快捷键。Available Single Layer Modes 在 Preferences 对话框的 PCB 编辑器 – 电路板洞察显示 页面中配置。每次按下 Shift+S 都会切换到下一个已启用的单层模式。

了解有关配置 PCB 视图的更多信息： PCB 视图。

定义层叠

PCB 按照层叠管理器 （Design » Layer Stack Manager）中定义的层叠结构进行设计和制造。 Layer Stack Manager 与原理图图纸、PCB 及其他文档类型一样，在文档编辑器中打开。 各项功能分布在 Layer Stack Manager 底部显示的选项卡中。主要配置操作在 Stackup 和 Via Types 选项卡中执行。

Stackup  选项卡详细列出了制造层。在此选项卡中可添加、移除和配置层。

❯ ❮ Javascript

要添加 层，请在表格区域中选择一个层，以便在其上方或下方添加新层，然后单击 Layer Stack Manager 顶部的 Add 按钮，并使用弹出的菜单。 要删除层，请在表格区域中选中该层，然后单击 Delete 按钮。 要从材料库中选择层材料，请在表格区域中选择所需的 层，然后单击 Modify 按钮。所选材料定义的属性将应用于该层。 也可以直接在表格区域或 Properties 面板中编辑当前所选层的属性。

Via Types 选项卡用于定义设计中使用的过孔在 Z 平面方向上允许跨越的层范围。

❯ ❮ Javascript

PCB 设计中始终存在默认的通孔过孔类型。 要添加 其他过孔类型（盲孔、埋孔或微孔），请单击 Layer Stack Manager 顶部的 Add 按钮，然后在表格区域中选中该过孔类型，并在 Properties 面板的 First layer 和 Last layer 下拉列表中选择此过孔类型跨越的层。 要删除已添加的过孔类型，请在表格区域中选中该类型，然后单击 Delete 按钮。

使用 Layer Stack Manager 中的 File » Save to PCB 命令，将更改应用到 PCB。

了解有关 Layer Stack Manager 的更多信息：定义层叠、 盲孔、埋孔和微孔定义。

配置设计规则

设计规则根据不同的设计要求监控和检查设计，例如铜对象之间的间距、走线宽度、网络长度等。所有设计规则共同构成了 PCB 编辑器需要遵循的指令集。

设计规则在 PCB Rules and Constraints Editor 对话框中定义和管理，可通过从主菜单中选择 Design » Rules 命令来访问该对话框。

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

• 对话框左侧显示一个树形列表，其中列出了可用的规则类别、各类别中的规则类型，以及当前已定义的各类型的具体规则。
• 对话框右侧显示与树形列表中当前所选项相关的信息。例如，选择某条具体规则，即可显示该规则的设置。

❯ ❮ Javascript

单击 Design Rules 条目，可查看为设计定义的所有具体规则的汇总列表。 单击某个类别条目，可查看该类别下所有相关设计规则类型中已定义的全部具体规则的汇总列表。 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，后续图片中也展示了这些设置：

1. 规则的主要属性——在这里，您可以为规则指定一个有意义的名称，并添加可选的注释。
2. 规则作用范围 ——定义设计中该规则所针对的具体对象。根据规则类型，需要定义一个作用范围（适用于定义单个对象所需行为的一元规则）或两个作用范围（适用于定义两个对象之间交互关系的二元规则）。
3. 规则约束 ——该规则的具体约束条件。

❯ ❮ Javascript

线宽（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）。  间距（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，请在对话框的树形列表中右键单击所需的规则类型，然后从上下文菜单中选择 New Rule 命令。 新规则将添加到树形列表中所选类别下。选择树形列表中的规则条目，即可对其进行编辑。

当同一类型的多条规则针对相同对象时，PCB 编辑器会根据规则优先级，确保应用优先级最高的适用规则。 单击 PCB Rules and Constraints Editor 对话框底部的 Priorities 按钮，打开 Edit Rule Priorities 对话框，并根据需要更改优先级。1 为最高优先级。添加新规则时（使用 New Rule 命令），该规则会被赋予最高优先级。

了解有关使用 PCB 设计规则和具体规则类型的更多信息： 定义、限定作用范围和管理 PCB 设计规则、 PCB 设计规则类型。

放置元件

将设计数据从 PCB 项目的原理图传输到 PCB 文档时（使用原理图编辑器主菜单中的 Design » Update PCB Document 命令，并执行后续的 ECO 流程），原理图中所用元件的默认封装将被放置在 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（相互连接的元件引脚）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方法如下：

• 要将元件移动到所需位置，请 Click, Hold&Drag ，然后松开鼠标按键以放置元件。
• 要旋转元件，请在拖动元件时按 Spacebar 。
• 要将元件翻转到电路板的另一面，请在拖动元件时按 L。 

移动元件时，连接线会自动重新优化。利用这些连接线辅助调整元件的方向和位置，以减少连接线的交叉数量。

了解有关 PCB 连接关系和元件放置的更多信息： 了解 PCB 上的连接关系、 元件放置。

电路板布线

布线是在电路板上铺设走线、圆弧和过孔以连接元件焊盘的过程。PCB 编辑器提供了包括交互式布线工具在内的多种工具，帮助您完成电路板上的连接布线。

由于布线工具由规则驱动，因此在开始布线之前配置设计规则至关重要。交互式布线过程中使用的主要设计规则包括：

• 间距（Clearance）规则（Electrical 类别）—— 定义当前布线网络的走线与电路板上其他对象之间允许的最小距离。
• 线宽（Width）规则（Routing 类别）—— 定义当前布线网络的走线宽度。
• 布线过孔样式（Routing Via Style）规则（Routing 类别） —— 定义布线过程中切换层时所放置过孔的直径和孔径。

还建议设置适合布线的捕捉栅格。

要为单个连接布线，请使用交互式布线工具。步骤如下：

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

2. 单击要作为布线起点的元件焊盘。

3. 移动光标，然后在设计空间中单击，将走线放置到光标所在位置。继续定义布线路径。

4. 单击目标焊盘，完成该连接的布线。该连接将 自动释放，您仍将处于交互式布线模式，可以继续为下一个连接布线。

5. 右键单击可退出交互式布线模式。

交互式布线注意事项：

• 在交互式布线过程中，当光标靠近焊盘时，它会自动吸附到焊盘中心。这是对象热点功能将光标吸附到最近电气对象的热点。

  有时，该功能会在您不希望吸附时移动光标。此时，按下 Ctrl 键可暂时禁用吸附。或者，使用 Shift+E 快捷键，在三种可用状态之间循环切换 Hotspot Snap 模式：Hotspot Snap (All Layers) / Hotspot Snap（仅吸附当前层上的对象）/ Off。当前模式会显示在状态栏中（关闭此功能时，状态栏中不显示任何相关信息）。

  了解更多关于使用光标吸附系统的信息。

• 在交互式布线过程中，可以使用以下快捷键：

  • Tab：暂停布线并打开 Properties 面板，以配置交互式布线选项。完成后，单击设计空间中的 ​ 按钮 以返回交互式布线模式。

  • Shift+Spacebar：循环切换拐角样式：45° 走线、带圆弧的 45°/90° 线段、任意角度等。

  • Spacebar ：切换拐角方向。

  • Shift+R ：循环切换可用的布线冲突解决模式：绕开障碍、推挤障碍、忽略障碍等。

  • Ctrl+Shift+Wheel Scroll：切换到下一个可用的信号层并插入过孔。

  • Shift+F1：显示交互式布线快捷键列表。

• 在布线过程中，走线段会以不同方式显示（如下图所示）：

  • Solid — 该线段已放置。

  • Hatched — 带阴影线的线段为尚未确认的拟布线段； 单击后即可放置。

  • Hollow — 此线段称为前瞻线段，可帮助您确定最后一个拟布线段的终点。除非下一次单击将完成布线，否则单击时not放置此线段。在这种情况下，Automatically Terminate Routing 选项会生效，并覆盖默认的前瞻行为。在布线过程中，可以使用 1 快捷键开启或关闭前瞻模式。

   
  实心线段表示已放置的线段，带阴影线的线段表示尚未确认的拟布线段，空心线段表示前瞻线段。

• 在所有其他网络对象周围显示间距边界（），是一项可帮助您直观了解可用布线空间的实用功能。使用 Ctrl+W 快捷键可 开启或关闭间距边界显示。启用此功能后，在为某个网络布线时，所有其他网络对象都会显示由适用的电气间距约束定义的间距边界。布线时无法跨越此边界。

• 在布线过程中， 抬头显示和状态栏（）中会提供大量实用信息，包括 网络名称和当前线宽设置。

• 除了手动布线到目标焊盘，您还可以按 Ctrl+Click 使用 Auto-Complete 功能，指示布线引擎尝试完成整个连接的布线。自动完成的行为如下：

  • 它会选择最短路径，但这不一定是最佳路径，因为您始终需要考虑其他尚未布线连接的路径。如果处于推挤模式，自动完成可以推挤现有走线以到达目标。

  • 对于较长的连接，自动完成路径可能并非始终可用，因为布线路径是逐段规划的，可能无法完成源焊盘与目标焊盘之间的完整路径规划。

  • 您也可以直接对焊盘或连接线执行自动完成（Ctrl+Click）。

电路板的布线并没有唯一方案，因此您难免需要修改布线。PCB 编辑器提供了相应的功能和工具。有两种方式：重新布线 或调整布局。

• Reroute — 选择 Route » Interactive Routing 命令，从现有走线的任意位置开始布线，以重新定义连接 路径。一旦闭合回路并右键单击以表示完成，回路移除功能就会自动删除所有冗余走线段（和过孔）。

• Rearrange — Click, Hold&Drag 以交互方式在电路板上滑动或拖动走线段。

了解更多关于 PCB 布线的信息：PCB 布线。

放置多边形铺铜

要在 PCB 的信号层上覆盖 大面积 铜，可使用多边形铺铜。 多边形铺铜 会自动绕开现有对象，仅连接与其属于同一网络的对象。 间距和连接属性由适用的间距和多边形连接样式设计规则控制。

放置多边形铺铜：

1. 从主菜单中选择 Place » Polygon Pour 命令。
2. 在放置过程中，可以按 Tab 键打开 Properties 面板，并 配置正在放置的多边形的属性：网络、层、填充模式等。 完成后，单击设计空间中的 按钮 以返回放置模式。
3. 定位光标并单击，以确定多边形铺铜的起始顶点。

4. 移动光标到第二个顶点的位置，然后单击以放置该顶点。

   • 按 Shift+Spacebar 可循环切换五种可用的拐角模式：45°、带圆弧的 45°、90°、带圆弧的 90° 和任意角度。
   • 按 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。同时按住 Shift 键可加快圆弧大小的调整。
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铺铜的放置。无需手动闭合多边形形状， PCB 编辑器会自动连接起点和最后放置的顶点，以完成该形状。
7. 继续放置更多多边形铺铜， 或右键单击 以退出放置模式。

修改多边形铺铜后（例如，更改了其形状或属性），必须重新铺铜才能体现这些修改。要重新铺铜，请选中多边形，然后单击 Properties 面板顶部的 Repour 按钮。

了解更多关于多边形铺铜的信息： 信号层上的多边形铺铜。

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 对话框中进行，可通过主菜单中的 Tools » Design Rule Check 命令打开该对话框。

• 单击对话框左侧树中的 Report Options 条目，可配置运行批量 DRC 时可用的其他选项。

• 单击 Rules to Check 条目或特定规则类别的条目，可在对话框中 显示 规则类型列表，并根据需要为每种规则类型启用在线 DRC 和/或批量 DRC：

  • 在线 DRC – 在设计过程中 实时 执行检查。

  • 批量 DRC – 单击对话框中的 Run Design Rule Check 按钮，以批处理方式执行检查，结果列在 Messages 面板中，也可选择 生成报告。

❯ ❮ Javascript

运行 在线或批量 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/或违规叠加显示）。以下展示了一些设计空间中的违规示例：

违反线宽规则的走线。违规通过 自定义违规图形和违规叠加显示共同标示。

违反网络天线规则的 走线。违规通过自定义违规图形标示。

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

根据违规超出约束的程度，您可以决定如何以最佳方式解决违规。 例如，如果最小阻焊桥宽度 约束 设置为 0.25 mm，而实际宽度为 0.24 mm，那么情况并不严重，您或许可以调整约束以接受此值。但如果实际宽度为 0.02，那么这很可能无法通过调整约束来解决。

• 详细信息包含在 Messages 面板中，其中会同时列出实际值和指定值（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，查看违反了哪项约束以及违规的具体情况（）。

• PCB 编辑器还 提供了便捷的测量工具，可测量两点之间的距离、所选对象（所选走线和圆弧的长度）以及两个图元之间的距离。有关更多信息，请参阅 测量 PCB 上的距离页面。

PCB Rules And Violations 面板是定位和了解违规情况的实用工具。 默认情况下，Rule Classes 列表中会显示 [All Rules]。确定需要关注的规则类型后，选择相应的规则类别，即可在面板底部仅显示该类别的违规。面板详细列出了违规类型、测量值、约束以及违规对象。 所选规则类别或特定规则检测到的违规也会列在面板的 Violations 区域中。单击某个违规条目，即可根据面板顶部的设置在设计空间中 高亮显示该违规：Mask/Dim/Normal、Select、Zoom。 双击某个违规可打开 Violation Details 对话框。​​​

您还可以在 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、特定类型的规则或某一特定规则运行 DRC。

直接从 PCB Rules And Violations 面板运行 DRC。此处展示了对所有已定义的间距规则运行 DRC 的操作。

了解有关 DRC 的更多信息： 设计规则检查（DRC）。