作者：谷树忠,耿晓中,等
出版社：电子工业出版社
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Altium Designer实用教程——原理图、PCB设计和信号完整性分析试读：
前言
随着科学技术的发展，现代电子工业取得了长足的进步，大规模、超大规模集成电路和电子应用系统的日趋精密、复杂，而且电子产品更新换代的步伐也越来越快。实现这种进步的主要原因除了制造技术水平大大提高外，电子设计技术的飞速发展也是一个很重要的因素。所谓电子设计技术的飞速发展的标志就是电子设计自动化（Electronic Design Automation）技术，简称EDA技术。这一技术来源于计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）。早在20世纪六七十年代，人们就开始逐步用计算机来设计硬件，在设计中诞生了电子计算机辅助设计（Electronic Computer Aided Design，简称ECAD）。初期的ECAD系统功能比较简单，自动化、智能化程度都很低；当今的EDA技术，已融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要辅助进行3个方面的设计工作：电子电路设计及仿真、PCB设计、仿真和信号完整性分析。
目前，在电子CAD领域，Altium公司在EDA软件产品的推陈出新方面扮演了一个重要角色。2006年年初，Altium公司正式推出一套新式电子电路设计软件平台——Altium Designer 6。该软件几乎涵盖了EDA的全部功能，更重要的是，对传统电子电路设计软件平台做了大量的改进并完善其操作系统。近年来，该公司多次升级该软件平台，升级的版本Altium Designer Summer 08、10、13和14面世，为用户提供了全方位的设计解决方案，使用户可以轻松进行各种复杂的电子电路设计。我国众多的电子产品设计工作者紧跟时代潮流，把握新技术的发展并从中受益匪浅。
2015年年初，Altium公司又推出了Altium Designer15电子设计软件平台。其智能化程度更高，功能更丰富和完善，界面更友好，并且它的实用性、开放性和数据交换性更好。本书以Altium Designer15电子设计软件平台为基础，讲解Altium Designer软件的使用方法。
本书以典型的应用实例为主线，主要介绍利用Altium Designer软件中原理图（SCH）设计、印制电路板（PCB）设计方法；以典型电路为例介绍利用Altium Designer软件进行信号完整性分析的操作方法。全书共分13章，其中第1章为Altium Designer软件综述，第2～8章为原理图设计部分，第9～11章为印制电路板设计，第12章为信号完整性分析，第13章为Altium Designer规则。
本书以新颖的编排为基础，较全面地介绍了Altium Designer内容，力求帮助读者迅速掌握Altium Designer的使用方法和基本技巧。采用了原版的英文界面，对英文菜单命令、对话框和工具栏上的图标等进行同步标注，目的是使读者一目了然，同时也使本书更紧凑。这种编排打破了目前软件操作教程中先英文操作命令、再中文解释的常规。
本书结构合理、入门简单、层次清晰、内容详实，并附有习题。可作为高等院校电子类、电气类、计算机类、自动化类及机电一体化类专业的EDA教材，也可作为广大电子产品设计工程技术人员和电子制作爱好者的参考用书。
本书由长春工程学院谷树忠、耿晓中和王秀艳老师共同编著。其中，第1、12章由谷树忠执笔；第2～8章由耿晓中执笔；第9～11章和第13章由王秀艳执笔，最后由谷树忠统稿。长春工程学院电子信息工程专业2013级的学生白雪娟、朱苗苗、张慧、冯城、胡泽文、赵子葳、程健、王琪、刘钢、曹昌等参加了本书初稿的验证性使用，并提出了许多意见，在此表示感谢。
本书提供配套的免费电子课件，可登录华信教育资源网www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。
由于本书作者水平有限，再加上编著时间仓促，不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。编著者2015年9月
第1章 Altium Designer系统
Altium Designer15是Altium公司于2015年年初推出的一款电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）设计软件。该软件几乎将电子电路所有的设计工具实现在单个应用程序中集成。它通过把电路图设计、PCB绘制编辑、电路的仿真、FPGA应用程序的设计和设计输出等技术的完美融合，为用户提供了全线的设计解决方案，使用户可以轻松地进行各种复杂的电子电路设计工作。
1.1 Altium Designer的发展
电子工业的飞速发展和电子计算机技术的广泛应用，促进了电子设计自动化技术日新月异。特别是在20世纪80年代末，由于计算机操作系统Windows的出现，引发了计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）软件的一次大的变革，纷纷臣服于Microsoft的Windows风格。并随着Windows版本的不断更新，也相应地推出新的CAD软件产品。在电子CAD领域，Protel Technology公司（Altium公司的前身）在EDA软件产品的推陈出新方面扮演了一个重要角色。从1991年开始，先后推出了EDA软件Protel系列版本；在2001年8月Protel Technology公司更名为Altium公司，并于2002年推出Protel DXP；2004年又推出了电路板设计软件平台Protel 2004；2006年年初，Altium公司推出了附有该公司名称的EDA设计软件Altium Designer 06。该版本除了全面继承和涵盖了Protel系列电路板设计软件平台在内的之前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多功能。每一次版本的更名，不仅仅是软件结构的变化，更重要的是软件功能的完善。所以，在此期间，我国众多的电子产品设计工作者从中受益匪浅。
在Altium Designer 06基础上，Altium公司又做了多次更新和较大改进，先后推出了Altium Designer 08/10/13/15 等EDA设计软件，它们既继承了Altium Designer的风格和特点，又涵盖了前一版本的全部功能和优点，同时增加了许多高端功能，使电子产品设计工作者的工作更加便捷、有效和轻松。这些更新和改进，解决了电子产品设计工作者在项目开发中遇到的各种挑战，同时推动了Altium Designer软件向更高端EDA工具迈进。
本书以Altium Designer 15版本为例，向读者介绍Altium Designer软件的组成、功能和操作方法。以下不再说明，所用系统软件统称为Altium Designer。
1.2 Altium Designer的功能
Altium Designer从功能上分由5部分组成，分别是电路原理图（SCH）设计、印制电路板（PCB）设计、电路的仿真、可编程逻辑电路设计系统和信号完整性分析。
1.电路原理图设计
电路原理图设计系统由电路原理图（SCH）编辑器、原理图元件库（SCHLib）编辑器和各种文本编辑器等组成。该系统的主要功能是：①绘制和编辑电路原理图等；②制作和修改原理图元件符号或元件库等；③生成原理图与元件库的各种报表。
2.印制电路板设计
印制电路板设计系统由印制电路板（PCB）编辑器、元件封装（PCBLib）编辑器和板层管理器等组成。该系统的主要功能是：①印制电路板设计与编辑；②元件的封装制作与管理；③板型的设置与管理。
3.电路的仿真
Altium Designer系统含有一个功能强大的模拟/数字仿真器。该仿真器的功能是：可以对模拟电子电路、数字电子电路和混合电子电路进行仿真实验，以便于验证电路设计的正确性和可行性。
4.可编程逻辑设计系统
可编程逻辑电路设计系统由一个具有语法功能的文本编辑器和一个波形发生器等组成。该系统的主要功能是：对可编程逻辑电路进行分析和设计，观测波形；可以最大限度地精简逻辑电路，使数字电路设计达到最简。
5.信号完整性分析
Altium Designer系统提供了一个精确的信号完整性模拟器。可用来检查印制电路板设计规则和电路设计参数，测量超调量和阻抗，分析谐波等，帮助用户避免设计中出现的盲目性，提高设计的可靠性，缩短研发周期和降低设计成本。
1.3 Altium Designer的特点
Altium Designer的原理图编辑器，不仅仅用于电子电路的原理图设计，它还可以输出设计PCB所必需的网络表文件，设定PCB设计的电气法则，根据用户的要求，输出令用户满意的原理图设计图纸；支持层次化原理图设计，当用户的设计项目较大，很难用一张原理图完成时，可以把设计项目分为若干子项目，子项目可以再划分成若干功能模块，功能模块还可再往下划分直至底层的基本模块，然后分层逐级设计。
Altium Designer的PCB编辑器，提供了元件的自动和交互布局，可以大量减少布局工作的负担；还提供多种走线模式，适合不同情况的需要；若与规则冲突时会立刻高亮显示，避免交互布局或布线时出现错误；最大限度地满足用户的设计要求，不仅可以放置半通孔、深埋过孔，而且还提供了各式各样的焊盘；大量的设计法则，通过详尽全面的设计规则定义，可以为电路板设计符合实际要求提供保证；具有很高的手动设计和自动设计的融合程度；对于电路元件多、连接复杂、有特殊要求的电路，可以选择自动布线与手工调整相结合的方法；元件的连接采用智能化的连线工具，在PCB电路板设计完成后，可以通过设计法则检查（DRC），来保证PCB电路板完全符合设计要求。
Altium Designer提供了功能强大的数字和模拟信号仿真器，可以对各种不同的电子电路进行数据和波形分析。设计者在设计过程中可以对所设计电路的局部或整体的工作过程仿真分析，用以完善设计。
Altium Designer以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中同时支持原理图输入和VHDL硬件描述语言输入模式；同时支持基于VHDL的设计仿真、混合信号电路仿真和信号完整性分析。
Altium Designer拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能。从而，允许电子工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。
Altium Designer提供了丰富的元件库，几乎覆盖了所有电子元器件厂家的元件种类；提供强大的库元件查询功能，并且支持以前低版本的元件库，向下兼容。
Altium Designer是真正的多通道设计，可以简化多个完全相同的子模块的重复输入设计，在PCB编辑时也提供这些模块的复制操作，不必一一布局布线；采用了一种查询驱动的规则定义方式，通过语句来约束规则的适用范围，并且可以定义同类别规则间的优先级别；还带有智能的标注功能，通过这些标注功能可以直接反映对象的属性。用户也可以按照需要选择不同的标注单位、精度、字体方向、指示箭头的样式等。
Altium Designer支持多国语言，完全兼容Protel系列电路板设计软件平台，并提供了对Protel 99 SE下创建的DDB文件的导入功能。
Altium Designer具有丰富的输出特性，支持第三方软件格式的数据交换；Altium Designer的输出格式为标准的Windows输出格式，支持所有的打印机和绘图仪的Windows驱动程序，支持页面设置、打印预览等功能，输出质量显著提高。
1.4 Altium Designer的界面
Altium Designer系统平台是在英文环境下开发的，所以，在默认状态下启动，即可进入Altium Designer的英文界面；Altium Designer系统也支持包括中文在内的其他多国语言（如德文、法文和日文等），适当的设置可进入Altium Designer的中文界面。1.4.1 Altium Designer的英文界面
Altium Designer系统安装后，安装程序自动在计算机的【开始】菜单上放置一个启动Altium Designer的快捷方式，如图1-1所示。图1-1 启动Altium Designer快捷方式
单击按钮，选择【Altium Designer】选项，即可进入Altium Designer的启动画面，如图1-2所示。图1-2 Altium Designer系统的启动画面
随即打开Altium Designer的英文界面，如图1-3所示。图1-3 Altium Designer 的英文界面
所有的Altium Designer功能都可以从这个界面启动。当然，使用不同的操作系统安装的Altium Designer应用程序，首次看到的界面可能会有所不同。
下面简单介绍Altium Designer界面各部分的功能。
1.Altium Designer的主菜单栏
Altium Designer的菜单栏是用户启动设计工作的入口，具有命令操作、参数设置等功能。用户进入Altium Designer，首先看到主菜单栏中有6个下拉菜单，如图1-4所示。图1-4 主菜单栏
下面介绍主菜单命令的功能。（1）系统菜单
主要用于设置系统参数，使其他菜单及工具栏自动改变以适应编辑工作。各选项功能如 图1-5所示。【编者说明】细心的读者可能看出，这里的中文注释并不是英文的直译。是的，我们采用功能式译法，即在标注的同时尽可能地诠释英文的意思，又能表达该操作命令的功能。这样做的一个目的是，较少篇幅，更重要的目的是，看到命令就知道该命令的功能。本教材均采用这种做法，望读者谅解。（2）下拉菜单【File】
主要用于文件的新建、打开和保存等，各选项功能如图1-6所示。图1-5 系统菜单图1-6 下拉菜单【File】
图1-6中除了菜单命令选项外，还有对应菜单命令的主工具栏按钮图标和快捷键标识等。如菜单命令【Open…】的左边为工具栏按钮图标，右边的“Ctrl+O”为快捷键标识，带下画线的字母O为热键。激活同一菜单命令的功能，执行任一种操作都可以达到目的。以后章节遇到这种情况，不再做说明，望读者谅解。
菜单选项【New】有一个子菜单，各选项功能如图1-7所示。（3）下拉菜单【View】
主要用于工具栏、状态栏和命令行等的管理，并控制各种工作窗口面板的打开和关闭，各选项功能如图1-8所示。（4）下拉菜单【Project】
主要用于整个设计项目的编译、分析和版本控制，各选项功能如图1-9所示。（5）下拉菜单【Window】
主要用于窗口的管理，各选项功能如图1-10所示。（6）下拉菜单【Help】
主要用于打开帮助文件，各选项功能如图1-11所示。
2.Altium Designer的主页
双击主页图标，即可打开Altium Designer的主页，系统中的任一项工作都可以在该页上启动，熟悉该页区域内的命令是必要的。命令的名称如图1-12所示，命令的具体功能将在后面应用中介绍。图1-7 菜单选项【New】子菜单图1-8 下拉菜单【View】图1-9 下拉菜单【Project】图1-10 下拉菜单【Window】图1-11 下拉菜单【Help】图1-12 Altium Designer主页中图标命令功能1.4.2 Altium Designer的中文界面
1.中文界面的进入
Altium Designer系统进入中文界面的步骤如下：（1）单击图1-4主菜单栏中的按钮，弹出系统菜单。（2）在系统菜单中单击【Preferences】命令，弹出系统参数配置对话框，如图1-13所示。图1-13 系统参数设置对话框（3）勾选图1-13右下方使用本地化资源命令项，随即弹出一个新设置应用警告窗口，如图1-14所示。图1-14 新设置应用警告窗口（4）单击图1-14中的按钮，再单击图1-13中的按钮确认。（5）退出Altium Designer系统，然后重新启动Altium Designer系统，即变为中文界面，如图1-15所示。
2.中文界面的退出
中文界面的退出和进入的步骤类似，区别在于去掉图1-13中使用本地化资源命令项的选中状态，重新启动系统，即可恢复英文界面。
从图1-15中可以看出，界面并不是完全中文的，并且各个应用窗口中的命令汉化得也不准确。因此，本教材后面的学习将以英文界面为基础进行。图1-15 Altium Designer系统的中文界面【编者说明】目前国内母语为汉语的用户，除非不懂英语，那就使用Altium Designer系统的中文界面；否则的话，就用英文界面。因为现在的中文界面还处于初级水平，不仅仅是不完全、有错误的，更重要的是，该系统的“帮助”文献还没有汉化，使用中文界面将阻碍你进一步提高该软件的操作水平。
1.5 Altium Designer的面板
Altium Designer系统为用户提供丰富的工作面板（以下简称为面板）。在系统标签中的面板可分为两类：一类是在任何编辑环境中都有的面板，如库文件【Library】面板和项目【Project】面板；另一类是在特定的编辑环境中才会出现的面板，如PCB编辑环境中的导航器【Navigator】面板。无论何种环境，其相应的面板一般都呈现在系统编辑窗口右下角的面板标签栏处，如 图1-3所示。
在Altium Designer系统中面板被大量地使用，用户可以通过面板方便地实现打开、访问、浏览和编辑文件等各种功能。下面就简单介绍面板的基本使用方法。1.5.1 面板的激活
单击图1-3右下角面板标签栏中的面板标签，相应的面板当即显示在窗口，该面板即被激活。
为了方便，Altium Designer可以将多个面板激活，激活后的多个面板既可以分开摆放，也可以叠放，还可以用标签的形式隐藏在当前窗口上。面板显示方式设置如图1-16所示。将光标放在面板标签栏上右击后，会出现一个下拉菜单。在子菜单【Allow Dock】中，有两个选项Horizontally和Vertically。只选中Horizontally，该面板的自动隐藏和锁定显示方式将按水平方式显现在窗口中；只选中Vertically，该面板的自动隐藏和锁定显示方式将按垂直方式显现在窗口中；两者都选中，该面板既可以按水平方式也可以按垂直方式在窗口中显现。1.5.2 面板的工作状态
每个面板都有3种工作状态：弹出/隐藏、锁定和浮动。图1-16 面板标签
1.弹出/隐藏状态
如图1-17所示，图中的【Files】面板处于弹出/隐藏状态。在面板的标题栏上有一个滑轮按钮，这就意味着该面板可以滑出/滑进，即弹出/隐藏。单击滑轮按钮，可以改变面板的工作状态。
2.锁定状态
如图1-18所示，图中的【Files】面板处于锁定状态。在面板的标题栏上有一个图钉按钮，这就意味着该面板被图钉固定，即锁定状态。单击图钉按钮，可以改变面板的工作状态。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]