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Getting Started | PCB Design | PCB Layout | Unified Design
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原來當我在研究實驗室工作并為我們的電噴控制系統(tǒng)設計PCB時，我的布局很糟糕。因為當時我們并不擔心外包裝機箱，以及有限的電路板空間或必須緊湊的布線等小問題。只要我們能夠將所有必需的元器件放在電路板上并最終將電路板實現成為物理印刷電路，我們就已經很滿足了。
但是當我們的電路板是用于便攜式設備，或者任何其它對電路板空間要求更為苛刻的情況下，就會發(fā)現我們必須要想出有創(chuàng)意的元件布局和布線策略，以便讓所有的元件都適合狹小的空間。
因此除非您正在使用HDI板，或者您的設備中存在嚴格的機械限制，否則您可能并不擔心電路板上的可用空間。隨著元器件密度的增加和相應的連接關系的增加，您需要嘗試一些創(chuàng)意布線方法和板層堆棧，以確保在設計規(guī)則中運行時可以實現所有必需的連接。 Altium Designer中功能強大的CAD和布線工具可以幫助您對緊密元件進行布局布線，同時節(jié)省可用的電路板空間。大致來講，緊密元件布局的電路板設計方面，有如下關鍵考慮因素。
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合理的板層設置
在多層電路板上工作時，如果地平面位于頂部信號層的正下方，可以大大改善您的布線策略。如果成本考慮或其他約束沒有條件使用四層或更多層的電路板，您仍然可以使用分割的電源和地平面（采用鋪銅塊）的雙層電路板，盡管在這種情況下您的布線可能不會太緊湊。使用多層板可以將接地層直接放置在信號正下方，從而降低EMI敏感度。而且使用過孔直接連接到地平面還可以縮短或消除一些線路連接。
在進行合理的板層設置時，首先，需要在Altium Designer中定義我們的層堆棧?？梢栽趯佣褩９芾砥髦卸x層疊方式，預浸料，芯材和表面材料。轉到“設計”下拉菜單，然后單擊“層堆棧管理器”。此對話框可供您設計自己的疊層，或者您可以在“預設”下拉菜單中使用模板。下圖顯示了從預設模板創(chuàng)建的四層堆棧。
在Altium Designer中定義一個四層板
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此對話框允許您更改電路板中的許多材料屬性。 這為您提供了顯著的可定制性，因為您的真實電路板可能會使用FR-4的替代品作為電路板基板。 您還可以在板層之間定義鉆孔對，還可以在當前疊層中添加或刪除層。 現在，我們將仍然使用四層板，以便可以根據需要輕松地將一些信號接駁到地平面層。
默認情況下，電路板是在“元件側”和“焊接側”層之間定義鉆孔對。 這里我們要定義“元件側”和“地平面”層之間的鉆孔對，以及“元件側”和“電源平面”層之間的鉆孔對。
在四層板中定義鉆孔對
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Altium Designer包含許多交互式布線功能，使您可以輕松開始布線電路板，尤其是在使用FPGA等高引腳密度元件時。 根據您為電路板定義的板層堆棧和鉆孔對，Altium Designer將決定如何地對網絡連接進行布線，同時遵循您的設計規(guī)則。
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合理的PCB元件布局
一旦定義了電路板板層堆棧，就可以將原理圖捕獲為初始布局并開始安排放置元件。 我們將使用的原理圖包括一個連接到3個1到32解碼器的緩沖器。
Altium Designer中帶有多個IC的原理圖
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接下來，您需要創(chuàng)建一個新PCB并打開它。 轉到“設計”菜單，然后選擇“從......導入更改”。 這將打開一個ECO對話框，允許您將原理圖中的所有更改導入到空白PCB。 單擊“執(zhí)行更改”按鈕后，Altium Designer將導入所有元件及其網絡連接到空白PCB中。 您新創(chuàng)建的布局將如下所示：
現在我們可以按照我們希望它們出現在電路板上的方式開始擺放元件。 您可以根據自己的需要自由進行擺放，但我們希望對它們盡可能地合理布局。 這將防止在更高的信號切換速度下不合理的布局布線造成的傳輸線行為并消除噪聲干擾。 一種可能的布局如下所示：
在完成布線之前我們的初始IC布局
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? ? 此時，我們應該決定是自動還是手動進行布線。 如果計算已在原理圖中定義的網絡連接數目，您將看到定義了103個網絡連接。 手動布線所有這些連接將花費大量時間。這里，我們可以嘗試一下Altium Designer的自動布線功能。指定布線策略并允許Altium Designer在檢查我們的設計規(guī)則時進行實現。
轉到“布線”菜單，然后選擇“自動布線”和“全部...”。 這將打開Situs Routing Strategies對話框，如下圖所示。 您將能夠查看適用于許多不同布線策略的所有適用設計規(guī)則。 您也可以定義自己的策略。 在這里，我們將使用“默認多層板”策略。
Altium Designer中的Situs Routing Strategies對話框
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單擊“全部布線”按鈕開始自動布線。 該工具需要一些時間來執(zhí)行，因為它需要根據項目的標準設計規(guī)則評估每個線路跟蹤情況。 自動布線完成后，接下來可以定義板的形狀。 在實際應用中，電路板形狀需要根據產品外觀或外殼形狀來進行精確的定義。此次多層板布線策略結果，其電路板占用面積測量下來是5.6平方英寸。
布線完成后的電路板
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請注意，錯開每個解碼器會使自動布線工具有足夠的空間在必要時放置過孔，并防止路線過于彎折而超過必要的距離。
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另一種次選方案
如果我們僅使用沒有電源或地平面的雙層電路板的默認設置，我們也可以嘗試使用自動布線工具布線該電路板。 嘗試返回上面顯示的Layer Stack Manager，選擇默認的雙層配置，并創(chuàng)建一個新的空白PCB。 您現在可以創(chuàng)建與以前相同的布局，并使用“自動布線”工具進行布線。 自動布線工具將生成如下所示的結果：
在雙層板上完成布線
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? ? 這種布局占用的面積約為7.2平方英寸。使用四層疊層，您可以使用比兩層板少24％的空間。由于四層板包括直接位于頂層下方的接地層，因此與簡單的雙層板相比，它不易受EMI影響。顯然，創(chuàng)意的元器件布局方式不是影響電路板布局的因素;層堆棧起著關鍵作用。
? ? 您還可以注意到，使用這兩層疊層還需要我們將額外的走線布線到電源/接地總線或單獨的電源/接地點。這樣會進一步增加所需的印刷電路板空間，并且不會消除該布局中固有的EMI敏感性。
? ? 通過原理圖捕獲輸入到PCB上的網絡連接，Altium Designer的用戶友好型工作流管理解決方案可確保您了解各個網絡連接的大致路徑長度。 Altium Designer中嚴格的規(guī)則驅動環(huán)境使您可以控制布線策略。再加上先進的CAD工具和布線功能，您將能夠設計出符合任何布線要求的現代PCB。 Altium Designer 中的CAD工具和布線功能為PCB設計樹立了新的標準。
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