作者：徐敏 主编 黄炎会、吴俏英、陈应华 副主编
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Altium Designer 16 印制电路板设计：项目化教程试读：
前言
Altium Designer 16是Altium公司开发的用于电路设计的应用软件，它将常用的电路设计工具集成于一身，可以实现从最初的项目模块规划，到最终生产加工文件的形成整个设计过程自动化，是目前国内应用最广的电子设计自动化软件之一。
本书是学习Altium Designer 软件的入门教材，主要介绍Altium Designer软件的两个主要组成部分：电路原理图设计和PCB设计。本书以Altium Designer 16为教学软件，以印制电路板设计流程为主线，介绍了电路印制板设计的方法和技巧，内容主要包括认识Altium Designer 16、设计单管放大电路原理图、原理图元件的设计、设计单片机控制电路原理图、设计功率放大电路层次原理图、设计单管放大电路PCB、创建PCB元件、设计流水灯PCB等。在项目设计上遵从学习者的认知规律，由浅入深，由简入繁，让学生在完成具体项目的过程中逐步掌握相关的基础知识和专业技能。
本书在内容选取上，结合高职高专人才培养要求，以及企业对人才能力的需求，同时考虑到学习者在工作岗位的可持续发展要求，以“必须、够用”为原则，适当舍弃对软件功能繁杂的介绍，突出常用功能和实际操作技能。总学时建议为64学时，有条件的院校建议安排一周的集中训练。
本书的主要特色如下。
1.按照工学结合和项目化教学要求，以任务驱动的方式设计教学内容，摒弃了传统教材完全按照知识体系结构的编写方式，以项目为载体，重构理论与实践知识，每个项目之间自然衔接，既相互独立，又相互联系，层层递进。
2.按照电路板的设计流程，以项目任务组织教材内容，主要讲解操作步骤和技巧，注重实操性，实现“做中学，做中教”，使学习者能够更快地入门，更好地掌握印制电路板设计的方法和技巧。
3.本书是基于信息技术及互联网+的新形态立体化教材，为方便读者自学，对于各项目的关键内容，都提供了对应的教学视频，读者通过手机扫描二维码，即可随时随地观看视频，使知识介绍更加生动直观，以提高学生的学习兴趣，也更容易理解学习内容，更易于掌握专业技能。
本书由江苏信息职业技术学院徐敏担任主编，上海电子工业学校黄炎会、广东省海洋工程职业技术学校吴俏英和广州科技贸易职业学院陈应华担任副主编，其中黄炎会编写了项目4，吴俏英编写了项目5，陈应华和广东省海洋工程职业技术学校董炫良编写了项目8，徐敏编写了其余内容，并对全书进行了统稿。
江苏信息职业技术学院刘恩华教授对本书进行了审核；本书在编写过程中，还得到了江苏信息职业技术学院陈洁、王恩亮和郑雪芳等课程组老师，以及化学工业出版社相关人员的大力支持，在此表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正！编 者2019年6月项目1 认识Altium Designer 16【项目目标】
● 了解Altium的发展历史；
● 了解Altium Designer的优势及特点；
● 理解PCB设计的工作流程；
● 掌握Altium Designer 16的安装与授权；
● 熟悉PCB工程项目文件操作。【导 入】
EDA（Electronic Design Automatic，电子设计自动化）技术是计算机在电子工程技术上的一项重要应用，是在电子线路CAD技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。它是计算机技术、信息技术和CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）等技术发展的产物。利用EDA工具，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析，到设计出印制板的整个过程在计算机上自动处理完成。目前比较流行的EDA软件有Protel、OrCAD、Multisim、Zuken等，其中Protel是国内最早使用和最为流行的。任务1.1 安装Altium Designer 161.1.1 Altium的产生与发展
1998年，Protel公司推出了基于Windows 95/NT平台的Protel 98，Protel 98首次将5种核心EDA工具包括原理图输入、可编程逻辑器件（PLD）设计、仿真、板卡设计和自动布线集成于一体，并以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一致好评。
1999年，Protel公司又推出了新一代的电子线路设计系统——Protel 99。它既有原理图逻辑功能验证的混合信号仿真，又有PCB信号完整性分析的板级仿真，构成了从电路设计到真实板分析的完整体系。进入21世纪，Protel公司整合了数家电路设计软件公司，正式更名为Altium。
2002年，Altium公司推出了Protel DXP，其中集成了更多工具，使用更方便，功能更强大。
2004年，Altium公司推出了Protel DXP 2004 SP2，大大提高了布线的成功率和准确率，并全面支持FPGA（现场可编程门阵列）设计技术。
2005年年底，Altium公司推出了Protel系列的高版本Altium Designer，它是完全一体化电子产品开发系统的新版本。Altium Designer是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品。
2006年到2015年，Altium Designer 6.0～15多个版本相继推出，集成了更多工具，使用更方便，功能更强大，特别在印制电路板（PCB）设计上性能不断提高。
2016年，Altium Designer 16推出，它更新扩展了Altium Designer平台，包括多个增强PCB设计生产效率与设计自动化的全新特性，从而使工程师能够在更短的时间内零差错地实现更复杂的PCB设计。1.1.2 Altium Designer的优势及特点
1）提供布线的新工具
高速的设备切换和新的信息命令技术，意味着需要将布线处理成电路的组成部分，而不仅是“线的相互连接”。需要将全面的信号完整性分析工具、阻抗控制交互式布线、差分信号对发送和交互长度调节协调工作，才能确保信号及时、同步到达。通过灵活的总线拖曳，引脚和零件的互换，以及BGA逃逸布线，设计人员可以轻松地完成布线工作。
2）为复杂的板间设计提供良好的环境
在Altium Designer中，具有Shader Model 3的Direct X图形功能，可以使PCB编辑效率大大提高。对PCB的底层进行设计时，通过【翻转板子】命令，就可以像顶层设计那样轻松。通过优化的嵌入式板数组支持，可完全控制设计中所有多边形的多边形管理器、PCB层集和动态视图管理选项的协同工作，即可提供更高效率的设计环境。它具有智能粘贴功能，不仅可以将网络标签转移到端口，还可以使用文件编辑来简化从旧工具转移设计的步骤，使其成为一个更好的设计环境。
3）提供高级元器件库管理
元器件库是有价值的设计源，它提供给用户丰富的原理图元件库和PCB封装库，并且为设计新的元器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。随着技术的发展，需要利用公司数据库对它们进行栅格化。当数据库链接提供从Altium Designer返回到数据库的接口时，新的数据库就增加了很多新功能，可以直接将数据从数据库放置到电路图中。新的元器件识别系统可管理元器件到库的关系，覆盖区管理工具可提供项目范围的覆盖区控制，这样便于提供更好的元器件管理的解决方案。
4）增强的电路分析功能
为了提高设计成功率，Altium Designer中的Pspice模型、功能和变量支持，以及灵活的新配置选项，增强了混合信号模拟功能。在完成电路设计后，可对其进行必要的电路仿真，观察观测点信号是否符合设计要求，从而提高设计的成功率，并大大降低了开发周期。
5）统一的光标捕获系统
Altium Designer的PCB编辑器提供了很好的栅格定义系统。通过可视栅格、捕获栅格、元件栅格和电气栅格等功能，可以有效地将设计对象放置到PCB文档中。Altium Designer 统一的光标捕获系统已达到一个新的水平，该系统汇集了3个不同的子系统，共同驱动并达到将光标捕获到最优选的坐标集：自定义栅格，可按照需求选择直角坐标系和极坐标系；捕获栅格，可以自由地放置并提供随时可见的对于对象排列进行参考的线索；增强的对象捕捉点，使得放置对象时光标能自动定位到基于对象热点的位置。利用这些功能的组合，可轻松地在PCB工作区放置和排列对象。
6）增强的多边形覆铜管理器
Altium Designer的多边形覆铜管理器提供了更强大的功能，包括管理PCB中所有多边形覆铜的附加功能。附加功能还包括创建新的多边形覆铜、访问对话框的相关属性和多边形覆铜删除等，全面地丰富了多边形覆铜管理器的内容，并将多边形覆铜管理整体功能提升到新的高度。
7）强大的数据共享功能
Altium Designer完全兼容Protel系列以前版本的设计文件，并提供对Protel 99 SE下创建的DDB和库文件的导入功能，同时它还增加了P-CSD、OrCAD等软件的设计文件和库文件的导入功能。它的智能PDF向导，可以帮助用户把整个项目或所选定的设计文件打包成可移植的PDF文档，增加了团队之间的设计协作能力。
8）全新的FPGA设计功能
Altium Designer与微处理器相结合，充分利用大容量FPGA器件的潜能，更快地开发出更加智能化的产品。其设计的可编程硬件元素不用做重大改动，即可重新定位到不同的FPGA器件中，设计师不必受特定FPGA厂商或系列器件的约束。它无须对每个采用不同处理器或FPGA器件的项目更换不同的设计工具，因此可以节省成本，保证设计师工作于不同项目时的高效性。
9）支持3D PCB设计
Altium Designer全面支持STEP格式，与MCAD工具无缝链接；依据外壳的STEP模型生成PCB外框，减少中间步骤，实现更加准确的配合；3D实时可视化，使设计充满乐趣；应用器件体生成复杂的器件3D模型，解决了器件建模的问题；支持设计圆柱体或球形器件；3D安全间距实时监测，在设计初期即可解决装配问题。1.1.3 PCB设计的工作流程（1）方案分析。方案分析决定电路原理图如何设计，同时也影响到PCB如何规划。应根据设计要求进行方案比较和选择，以及元器件的选择等。方案分析是开发项目中最重要的环节之一。（2）电路仿真。在设计电路原理图前，有时对某一部分电路的设计并不十分确定，因此需要通过电路仿真来验证。电路仿真还可以用于确定电路中某些重要元器件的参数。（3）设计原理图元件。Altium Designer 提供元器件库，但不可能包括所有器件。在元器件库中找不到需要的器件时，用户需要自己设计原理图库文件，建立自己的元器件库。（4）绘制原理图。找到所有需要的原理图元器件后，即可开始绘制原理图。可根据电路的复杂程度决定是否需要使用层次原理图。完成原理图绘制后，用ERC（电气规则检查）工具进行检查，找到出错原因并修改电路原理图，重新进行ERC检查，直到没有原则性错误为止。（5）设计器件封装。和原理图元器件库一样，Altium Designer 也不可能提供所有的器件封装。用户需要时可以自行设计并建立新的元器件封装库。（6）设计PCB。确认原理图没有错误后，即可开始设计PCB。首先绘出PCB的轮廓，确定工艺要求（如使用几层板等），然后将原理图传送到PCB中，在网络表、设计规则和原理图的引导下完成布局和布线。设计规则检查工具用于对绘制好的PCB进行检查。PCB设计是电路设计中的另一个关键环节，它将决定该产品的实际性能，需要考虑的因素很多，不同的电路有不同的要求。（7）文档整理。对原理图、PCB版图及元器件清单等文件予以保存，便于日后维护和修改。1.1.4 硬件环境需求
Altium Designer对操作系统的要求比较高。建议采用Windows XP、Windows 2000或版本更高的操作系统，它不再支持Windows 95、Windows 98和Windows ME操作系统。
为了获得符合要求的软件运行速度和更稳定的设计环境，Altium Designer对计算机的硬件要求也比较高。
1）推荐的计算机硬件最佳性能配置TM
● CPU：英特尔酷睿2双核/四核2.66GHz或同等/更快的处理器；
● 内存：4GB；
● 硬盘：10GB或更大的硬盘空间；
● 显卡：256MB或更高显卡或者同等显卡；
● 显示器：双重显示器，屏幕分辨率至少1680×1050像素（宽屏）或1600×1200像素（4∶3）；
● USB2.0端口；
● 并口；
● Adobe Reader 8或更高版本。
2）最低的计算机硬件配置TM
● CPU：英特尔奔腾1.8GHz或同等处理器；
● 内存：1GB内存空间；
● 硬盘：3.5GB硬盘空间；
● 显卡：128MB显卡或同等显卡；
● 显示器：分辨率不低于1280×1024像素；
● 并口；
● USB2.0端口；
● Adobe Reader 8或更高版本。1.1.5 安装Altium Designer（1）将Altium Designer安装盘放入光驱，系统自动弹出安装向导界面，如图1-1所示。如果光驱没有自动执行，可以运行安装盘下SETUP目录中的setup.exe进行安装。图1-1 安装向导界面（2）点击【Next】按钮后，弹出【License Agreement】对话框，如图1-2所示。在对话框中，可以通过点击【Select Language】选项右侧的下拉菜单选择显示语言，如“Chinese”。选中【I accept the license agreement】选项。图1-2 【License Agreement】对话框（3）单击【Next】按钮进入【Select Design Functionality】，如图1-3所示。在该对话框中可以设置需要安装的功能。若只是实现PCB设计，则只要选择【PCB Design】选项即可，本例保持默认设置。图1-3 【Select Design Functionality】对话框（4）单击【Next】按钮，进入【Destination Folders】对话框，如图1-4所示。在此对话框中设定安装路径，读者可以根据需要设定，本例采用默认设置。图1-4 【Destination Folders】对话框（5）单击【Next】按钮，进入【Ready To Install】对话框，如图1-5所示。图1-5 【Ready To Install】对话框（6）单击【Next】按钮，开始安装Altium Designer程序，如图1-6所示。图1-6 开始安装Altium Designer程序
当程序安装完成后，会出现如图1-7所示的安装完成对话框。图1-7 安装完成对话框
点击【Finish】按钮，至此Altium Designer程序安装完毕。任务1.2 授权Altium Designer 16
执行菜单命令【开始】→【所有程序】→【Altium Designer】，启动Altium Designer，如图1-8所示，软件启动画面如图1-9所示。图1-8 运行Altium Designer图1-9 Altium Designer的启动画面
软件启动后进入软件的主页面，如图1-10所示。图1-10 Altium Designer的主页面
从Altium Designer的主页面可以看出，页面处于协议管理界面，有两个选项，其一是【My Account】，其二是【Available Licenses】。【My Account】显示【not signed in】，说明账户未激活；【Available Licenses】显示【unlicensed】，说明软件未授权。未授权的软件是不能正常使用的，必须给软件加载授权文件。
单击【ADD standalone license file】添加协议文件，如图1-11所示。图1-11 添加协议文件
添加协议文件后，主页面如图1-12所示。可以看出，软件的状态【Status】为【OK】，说明软件已经授权成功，可以正常使用。图1-12 成功授权的软件主页面任务1.3 PCB工程项目文件操作1.3.1 中英文编辑界面切换
图1-12所示是英文状态的编辑界面，为了以后设计的方便，可将该状态切换到中文编辑状态。
执行菜单命令【DXP】→【Preferences】，如图1-13所示。系统将弹出【Preferences】窗口，如图1-14所示。图1-13 DXP菜单命令图1-14 【Preferences】窗口
在该窗口选择【System】→【General】命令，打开【System-General】窗口，如图1-15所示。图1-15 【System-General】窗口
该窗口包含4个设置选项，分别是【Startup】、【General】、【Reload Documents Modified Outside of Altium Designer】和【Localization】。
①【Startup】：设置Altium Designer启动后的状态。
● Reopen Last Workspace：重新打开上次的工作空间；
● Open Home Page if no documents open：无文档打开时，打开主页面；
● Show startup screen：显示启动画面。
②【General】：常规设置。
● Monitor clipboard content within this application only 设置剪切板是否只满足于该应用软件；
● System Font：设置系统字体。选中此选项时，则【Change】按钮被激活，单击该按钮弹出系统字体设置对话框，如图1-16所示。图1-16 系统字体设置对话框
③【Reload Documents Modified Outside of Altium Designer】：用于设置重新载入修改过的文档打开后是否保存。本设置有以下三个选项：
● Never：不保存；
● Ask User：询问用户是否保存；
● Always：始终保存。
④【Localization】：设置中/英文环境切换。选中【Use localized resources】复选框时，系统会弹出一个提示框，如图1-17所示。图1-17 信息提示对话框
单击【OK】按钮，然后在图1-15 【System-General】窗口单击【Apply】按钮，使设置生效。再单击【OK】按钮，退出设置界面。关闭软件，重新进入Altium Designer系统，发现已经变成中文的编辑环境了，如图1-18所示。图1-18 中文编辑环境1.3.2 系统自动备份设置
在项目设计过程中，为防止因意外故障出现设计内容丢失，一般需要进行系统自动备份设置，以减小损失。
执行菜单【DXP】→【Data Management】→【Backup】，弹出【Data Management-Backup】选项，如图1-19所示。在其中可以设置自动备份的时间间隔、保存的版本数及备份文件保存的路径。图1-19 【Backup】窗口1.3.3 熟悉Altium Design的工作环境
1）原理图编辑环境
执行菜单命令【文件】→【新建】→【原理图】，打开一个新的原理图文件，如图1-20所示。图1-20 原理图编辑环境
2）PCB编辑环境
执行菜单命令【文件】→【新建】→【PCB】，打开一个新的PCB文件，如图1-21所示。图1-21 PCB编辑环境
3）原理图库文件编辑环境
执行菜单命令【文件】→【新建】→【库】→【原理图库】，打开一个新的原理图库文件，如图1-22所示。图1-22 原理图库文件编辑环境
4）PCB库文件编辑环境
执行菜单命令【文件】→【新建】→【库】→【PCB库】，打开一个新的PCB库文件，如图1-23所示。图1-23 PCB库文件编辑环境1.3.4 工程项目文件操作
在Altium Designer中，PCB设计通常是先建立PCB工程项目文件，然后在该项目文件下建立原理图、PCB等其他文件，将属于同一个项目的所有文件都保存在同一个项目设计文件夹中，以便于文件管理。
1）新建PCB项目
执行菜单命令【文件】→【新建】→【项目】，弹出【New Project】窗口，如图1-24所示。图1-24 【New Project】窗口（1）Project Types：工程项目类型。本选项有PCB工程项目、FPGA工程项目、核心工程项目、嵌入式工程项目、集成库等，根据需要选择相应的工程项目类型，本例选择PCB Project。（2）Project Templates：工程项目模板。本选项提供了众多模板文件，可以根据需要选择，若创建的工程项目没有适合的模板可以选用，则可以选择【Default】选项。（3）Name：设置工程项目名称。（4）Location：设置工程项目存放路径。【Create Project Folder】选项打钩，则新建项目文件夹。（5）Repository：设置将工程项目添加到库管理，通常可以不用。（6）Repository Folder：库文件夹。
选择【PCB Project】→【Default】，工程项目名设为“Myproject”，存放路径设为L：\AD16，单击【OK】，新建的PCB工程项目文件将出现在项目管理器窗口，如图1-25所示。从项目管理器可以看出，目前该PCB工程项目下面没有文件。图1-25 新建Myproject项目
2）新建设计文件
根据前文所述，一个PCB设计项目中可能包含原理图文件、PCB文件、原理图库文件，以及PCB库文件等多个文件。而在新建的空白项目中，没有原理图和PCB的任何文件，因此绘制原理图或PCB时必须在该项目中新建或追加对应的文件。
添加新文件的方法有两种，我们以添加原理图文件为例介绍如下。
● 方法一：执行菜单命令【文件】→【新建】→【原理图】添加原理图文件。
● 方法二：将鼠标右键单击工程项目名，在弹出的菜单中选择【给工程添加新的】→【Schematic】新建原理图文件，如图1-26所示。图1-26 新建原理图文件
采用相同的方法，在PCB设计项目中分别添加PCB文件、原理图库文件以及PCB库文件，新建好的PCB项目设计主要文件后的项目管理器如图1-27所示，图中【Source Documents】文件夹保存的是原理图和PCB文件，【Libraries】文件夹中保存的是相应的元件库。图1-27 新建文件后的项目管理器
用鼠标右键单击文件名，在弹出的菜单中选择菜单命令【保存为】，可以对文件进行更名保存。
3）追加已有的文件到项目中
有些电路在设计时文件未放置在项目文件中，此时若要将它添加到项目文件中，可以用鼠标右键单击项目文件名，在弹出的菜单中选择【添加现有的文件到工程】，如图1-28所示，屏幕弹出一个窗口，在窗口选择要追加的文件后，单击【打开】按钮实现文件添加。图1-28 添加文件
4）打开项目文件
在电路设计中，有时需要打开已有的某个文件，可以执行菜单命令【文件】→【打开】，屏幕弹出【打开】文件窗口，选择所需要的路径和文件后，单击【打开】按钮打开相应文件，如图1-29所示。若只打开项目文件，则可以执行菜单命令【文件】→【打开项目】，窗口中只显示已有的项目。图1-29 【打开】文件窗口
5）关闭项目文件
当想要关闭打开的项目文件时，只需要用鼠标右键单击项目文件名，在弹出的菜单中选择【Close Project】菜单，关闭项目文件。若工作区的文件未保存过，屏幕将弹出一个对话框提示是否保存文件，如图1-30所示。若选择【保存所有】，则所有文件都保存；若选择【都不保存】，则所有文件都不保存；也可以在文档后面的下拉菜单选择文件是否保存，自定义要保存的文件。图1-30 保存文件窗口
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]