第4章
Altium Designer基本设计流程-设计检查和输出

本章将继续通过一个简单设计实例，介绍在 Altium Designer 17.1 集成开发环境下对最终的PCB检查及输出设计文档的过程。

通过这个简单设计实例的 PCB 图检查和输出文档过程，帮助初学者从整体上把握Altium Designer 17.1集成开发环境设计规则检查DRC和输出设计文档的基本功能，以便为读者深入学习Altium Designer 17.1集成开发环境打下坚实的基础。

4.1 验证PCB设计

PCB 编辑器是规则驱动的板设计环境。在该设计环境中，可以定义不同类型的设计规则。通过这些设计规则，可以检查 PCB 的设计完整性。典型地，在开始设计过程之前，设计者设置设计规则；当设计者开始PCB设计时，在线DRC特性将监控这些使能的规则，一旦检测到设计冲突，将立即高亮显示这些设计冲突。此外，设计者也可以运行批处理 DRC来测试设计，然后产生报告。在报告中，详细给出了使能的规则及检测到的冲突。

在前面，已经检测了布线设计规则，并且添加了新的宽度约束规则，用于电源网络，以及一个电气间距约束和一个布线过孔类型约束。除此以外，当定义一个新的 PCB 时，自动定义了大量的其他设计规则。

4.1.1 配置规则冲突显示

AD17.1 提供了两种技术，用于显示设计规则冲突，每种技术都有自己的优势。在“Preferences”对话框中“PCB Editor-DRC violations Display”页面中进行了设置，如图 4.1所示。

（1）Violation Overlay：通过在产生错误的源由上高亮显示来标识错误，用于DRC错误标识的颜色在“View Configurations”对话框中设置（按下L键可以打开该对话框）。默认情况下，当缩小的时候，以纯色显示原语的行为，修改为当缩放时所选择的类型，当前所选的类型为“Style B”，即圆圈中间有“×”，这就是前面看到的冲突标识符。

（2）Violation Details：缩放时，进一步添加了Violation Detail（如果使能），详细给出了引起错误的根本原因，如图4.2所示。使用“Show Violation Detail”滑条定义，在达到什么样的缩放级别时开始显示产生冲突的细节。在图4.1所示的对话框设置“Display”选项。

注

（1）创建一个新的 PCB 时，将包含默认的设计规则，但是这些规则对于设计而言并不是需要的。例如，装配和制造测试点类型设计规则，当创建新的 PCB 设计时，这些规则并不需要。在处理检查板冲突之前，打开“PCB Rules and Constraints Editor”对话框，如图4.3所示。在左侧窗口中，找到并展开“Testpoint”，将下面 4 个设计规则禁止，即不选中右侧窗口“Enable”下面的复选框。

（2）在设计中到底需要哪些规则，这取决于设计 PCB 的本质，这里不存在对于所有 PCB 都适用的设计规则集。记住，当检查规则冲突时，问你自己是否需要使能这些设计规则？如果不确定，可以按“F1”键，查看帮助文件。

4.1.2 配置规则检查器

通过运行设计规则检查器（Design Rule Checker），检查与设置规则冲突的设计。在PCB编辑器主界面，执行菜单命令Tools-＞Design Rule Check，打开“Design Rule Checker”对话框，如图4.4所示。

1.DRC报告选项

默认情况下，在图4.4左侧窗口中，以树形结构显示了“Report Options”页面。右侧显示了一列通用的报告选项。按下“F1”键，可以打开帮助文件，详细了解这些选项。

2.检查的DRC规则

在图4.4左侧窗口中列出了“Rule to Check”部分，可以单击下面的具体规则，查看相应的类型。例如，选择“Electrical”。此外，从图4.5可知，对于大多数的规则类型，提供了“Online”复选框（在PCB设计期间检查规则）和“Batch”复选择（单击“Run Design Rule Check”按钮执行批处理检查）。

单击使能/禁止所要求的规则。另一种方法，就是选中规则，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择相应的选项，如图4.5所示。在该菜单中，允许快速切换“Online”和“Batch”设置。

4.1.3 运行设计规则检查

单击图 4.5 中的“Run Design Rule Check...”按钮，执行设计规则检查。单击该按钮后，将运行DRC。

（1）弹出“Message”对话框，列出所有检测到的错误。

（2）由于在图 4.4 对话框中选中“Create Report File”前面的复选框，因此会显示出一个单独的名字为“Design Rule Verification Report”的界面，如图4.6所示。

①图4.6报告中的上半部分给出了使能的用于检查的规则细节，以及在检查时所检测到的冲突的个数，单击一个规则则跳转到报告的下面可以检查错误。

②图4.6报告的下半部分给出了与规则冲突的细节总结。

③图 4.6 报告中的链接是活动的，单击一个指定的错误，则跳回到 PCB，检查 PCB 设计的错误。

注

放大级别在“Preferences”对话框的“System-Navigation”页面中进行定义。

从图4.6给出的错误报告可知：

（1）3个Clearance Constraint冲突，表示在信号层测量的两个对象的电器间距小于规则指定的最小间距。

（2）4个Minimum Solder Mask Silver错误，表示一块的阻焊宽度小于规则允许的值。典型的发生在两个元件焊盘之间。

（3）8个Silk to Solder Mask间距错误，从开放阻焊到丝印对象的距离小于规则允许的值。

定位错误的方法如下：

（1）在报告文件中，用鼠标左键单击链接。

（2）在“Message”对话框双击鼠标左键。

（3）在“PCB Rules and Violations”界面中单击一个冲突。

使用冲突细节，可以帮助我们建立错误条件。

4.1.4 理解错误条件

既然已经发现了一个错误，就要知道所设置的值为什么会导致失败。对于一个设计者而言，需要知道这个重要的信息，这样才能确定如何最好地解决这个问题。

例如，如果规则规定允许的最小“solder mask sliver”是 0.25mm，真实的 sliver 是0.24，则条件并不是最坏的，因此我们可以调整规则，使得 DRC 检查接受这个值。但是，如果真实的值是0.02，则这可能不能通过调整规则设置来解决了。

注

“solder mask sliver”指的是最小阻焊层的间距，即焊盘间最小绿油的宽度。

PCB 编辑器提供了很多方便的测量工具。在 PCB 主界面，执行菜单命令 Report，就可以看到3个选项，即Measure Distance、Measure Selected Objects和Measure Primitives。

（1）Measure Distance：测量两个位置之间的距离，单击Measure Distance选项后，鼠标左键单击一个要测量的位置，然后拖曳鼠标，并且眼睛查看状态栏中给出从初始测量位置到当前鼠标光标位置的距离。注意，可以单击的位置由当前捕获栅格设置所限制。

（2）Measure Selected Objects：测量所选择的电气连线（Track）和圆弧的长度，使用这个选项得到布线的长度。

（3）Measure Primitives：测量两个原语之间边沿的距离。

除了手工测量距离以外，这里还提供了很多方法，用于发现一个规则的具体数值会导致失败。

（1）选择出现冲突的对象，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“Violation”命令。

（2）弹出“PCB Rules and Violation”对话框。

（3）解读“Message”对话框内的详细信息。

1.冲突子菜单

选择出现冲突的对象，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“Violation”命令。可以看到出现的子菜单中给出了冲突的详细信息，如图4.7所示。

2.PCB规则和冲突界面

在 PCB 编辑器主界面右下角，找到并单击“PCB”按钮，出现浮动菜单（如图 4.8 所示）。在浮动菜单内，选择“PCB Rules And Violations”命令，弹出“PCB Rules And Violations”对话框，如图4.9所示。

注

（1）在对话框的下拉框中可以选择 Normal、Dim 或 Mask。Dim 和Mask 显示过滤模式，除了感兴趣的对象外其他都变灰，只留下所选择的对象正常显示；Dim 模式应用过滤器，但是仍然允许对所有工作区的对象进行编辑；Mask 模式过滤掉工作区的其他所有对象，只允许对没有被过滤掉的对象进行编辑。

（2）灰度的显示强度由 Dim 和 Mask 滑条控制，单击工作区右下角的“Mask Level”按钮，弹出对话框，如图 4.10 所示。在该对话框中，可以设置相应的强度。

4.1.5 解决冲突

作为一个设计人员，必须使用最合适的方法解决所有的设计规则冲突。下面将具体介绍解决前面出现的规则冲突的方法。

1.阻焊错误

阻焊是用在 PCB 外面一个薄的类似油漆的一层，如我们看到的绿油，通过覆盖在铜上，提供了保护和绝缘的功能。对于需要将元件和连线与铜焊在一起的地方，在阻焊创建了“开窗”。在PCB编辑器内，在阻焊上的这些“开窗”将作为对象显示出来。

注

阻焊层被定义为“负片”，即在真正的阻焊上，我们看到的这些对象将变成空的。

在制造过程中，使用不同的技术应用阻焊，最低成本的方式是通过屏蔽丝网印刷到板子表面。考虑到层对齐问题，典型的，屏蔽的“开窗”要大于焊盘。在默认设计规则中，有一个4mil（0.01mm）扩展值。

这里也有其他技术应用阻焊，它能提供高质量的层配合，以及更精确的形状定义。如果在阻焊上使用这些技术，阻焊扩展值可以更小甚至为 0。减少屏蔽“开窗”降低了“Solder mask slivers”或丝印到阻焊的间距错误。

如果没有考虑应用于最终 PCB 的制造技术，则就如这些阻焊问题的错误不能被解决。例如，对于用在高端产品的一个复杂的多层板，那可能就会采用高质量的阻焊技术，这样允许更小的甚至为0的阻焊扩展。然而，对于一个类似该设计的双面板而言，它的目标是低成本的产品，因此要求使用低成本的阻焊技术。这就意味着通过减少用于整个板子的阻焊扩展来解决这个错误并不是一个现实的解决方案。

类似于很多 PCB 设计观点，解决方案存在于以聚焦的方式进行有意义的权衡，从而降低它们的影响。

注

对于该设计，为了不报错误，将值减少为0.1mm，如图4.11所示。

2.间距错误

此处，有两种方法解决间距的限制：

（1）减少晶体管封装焊盘的尺寸，这样就可以增加焊盘之间的距离。

（2）配置规则，以允许晶体管封装焊盘直接有更小的间距。

由于 0.25mm 的间距有很大的裕量，真正的间距非常接近于这个值（0.22mm），在这种情况下，一个好的选择就是配置规则，以允许更小的间距。对已经存在的“Clearance Constraint”设计规则进行配置，就可以实现这个目的，如图4.12所示。

解决完这些错误后，重新执行 DRC 检查，可以看到没有检测出任何错误，可以继续进行下一步工作！离最终的胜利越来越近。

4.2 查看PCB的3D视图

AD 17.1 集成开发环境的一个强大功能就是能把绘制的 PCB 作为一个三维对象进行查看，我们可以通过下面的方式切换到三维（3D）视图模式：

（1）在PCB编辑器主界面，执行菜单命令View-＞3D Layout Mode。

（2）在PCB编辑器工具栏的下拉框中选择“Altium 3D Black”选项，如图4.13所示。

使用下面的方法，可以在3D视图界面中缩放视图、旋转视图等。

1.缩放3D视图

（1）Ctrl+按住鼠标右键，拖曳鼠标。

（2）Ctrl+鼠标滚轮。

（3）使用“Page Up”/“Page Down”按键。

2.拖动3D视图

（1）保持按下鼠标右键，然后拖曳鼠标，使得3D视图可以左右移动。

（2）保持按下鼠标右键，然后操作鼠标滚轮，使得3D视图可以上下移动。

3.旋转视图

保持按下“Shift”按键，并且保持按下鼠标右键，可以旋转 3D 视图。当按下“Shift”按键时，在当前的光标位置处出现一个带有方向箭头的球形图标，如图 4.14 所示。模型的旋转行为是在球形图标中心点的附近实现。

（1）当中心点高亮时，按下鼠标右键并拖曳鼠标，可以在任意一个方向旋转视图。

（2）当水平箭头高亮时，按下鼠标右键并拖曳鼠标，可以以Y轴对称旋转。

（3）当垂直箭头高亮时，按下鼠标右键并拖曳鼠标，可以以X轴对称旋转。

（4）当圆形线段高亮时，按下鼠标右键并拖曳鼠标，可以以Z轴对称旋转。

在3D视图模式下，按下“L”键，打开“View Configurations”对话框，如图4.15所示。从图 4.15 中可知，可以配置 3D 工作区的显示选项。在该对话框中提供了不同的表面和工作区颜色的选项及垂直刻度，以便于检查 PCB。一些表面有不透明设置，不透明性越大，则光越少能穿过表面。

（1）为了以3D形式显示元件，则每个元件都需要有一个合适的3D模型。

（2）通过库编辑器，可以将3D STEP格式的模型导入元件封装，放置3D体对象然后选择通用的STEP模型类型，将SETP模型嵌入3D体对象中。

（3）为STEP格式的元件模型检查3D Content Central。

（4）如果没有可用的合适的 STEP 模型，通过在库编辑器的引脚封装中放置多个 3D 体对象来创建自己的元件形状。

4.3 输出文档

前面已经完成了 PCB 的布局和布线设计任务，现在准备产生用于制板（生产 PCB）和装配元件所需要的输出文档。

4.3.1 可用的输出类型

由于在 PCB 制造中存在不同的技术和方法，因此 AD 17.1 也产生很多的输出类型用于满足不同的目的。

1.装配输出

（1）装配图。PCB每一面的元件位置和方向。

（2）抓取和放置文件。机器人的机械手放置元件，使用该文件将元件放置到板上。注意，报告输出也能用于产生抓取和放置文件，并且是可深度配置的。

2.文档输出

（1）PCB 打印。配置任意数量的打印页，包含任意排布的叠层和原语显示，用这个创建打印的输出，如装配图。

（2）PCB 3D打印。以三维视图的视角查看PCB。

（3）PCB 3D 视频。输出 PCB 的简单视频，基于在 PCB 编辑器的“PCB 3D Movie Editor”对话框中定义的3D关键帧的顺序。

（4）PDF 3D。生成PCB的3D PDF，包含在Adobe Acrobat中充分支持的缩放、移动和旋转功能。PDF包含模型树，可以控制网络、元件和丝印的显示。

3.制造输出

（1）复合钻孔图。在一张图内，为板子提供钻孔的位置和大小（使用符号）。

（2）钻孔图/指导。在单独图内，为板子提供钻孔的位置和大小（使用符号）。

（3）最终插图打印。将各种制造输出组合在一起作为一个单独可打印的输出。

（4）Gerber文件。以Gerber格式创建制造信息。

（5）Gerber X2文件。封装高级设计信息的一个新标准，向后兼容原始的Gerber格式。

（6）IPC-2581文件。在单个文件内封装高级设计信息的一个新标准。

（7）NC钻孔文件。为数控钻孔机器创建制造信息。

（8）ODB++。以ODB++数据库的格式穿件制造信息。

（9）电源平面打印。创建内部和分割平面图。

（10）阻焊和助焊打印。创建阻焊和助焊图。

（11）测试点报告。以不同的形式为设计创建测试点输出。

4.网表输出

网表描述了设计中元件之间的逻辑连接，当转换成其他的电子设计工具时，它非常有用。支持大量不同的网表格式。

5.报告输出

（1）料单（Bill of Material，BOM）。以不同的格式创建元件和数量的列表。

（2）元件交叉参考报告。基于设计中的原理图，创建元件列表。

（3）报告项目层次。创建在工程中使用的源文档列表。

（4）报告单个引脚网络。为设计中只用一个连接的任何网络创建列表。

（5）简单BOM。创建BOM的文本和逗号分隔的变量（Comma Separated Variables，CSV）。

（6）电气规则检查。以格式化的方式报告电气规则检查结果。

4.3.2 单个输出/一个输出工作文件

AD 17.1提供了两个单独的机制用于配置和产生输出。

（1）单个（individually）。在工程文件中用于每个输出类型的设置。通过 Fabrication Outputs、Assembly Outputs、Export子菜单（从File菜单中访问）和Report菜单，我们可以有选择地产生所要求的输出。

（2）一个输出工作文件。用于每个输出类型的设置保存在一个输出工作文件中（一个专用的输出设置文件），它支持所有可能的输出类型。然后，可以手工产生这些输出，如图4.16所示。

注

在 PCB 编辑器主界面，执行菜单命令 File-＞New-＞Ouput Job File，即可在工程中添加工作输出文件.OutJob。

4.3.3 配置Gerber文件

Gerber文件是一直用于在PCB设计和板制造之间传输数据的最通用格式，也就是把PCB设计文件转换成Gerber格式，再交给PCB制板工厂。

（1）每一个 Gerber 文件对应物理 PCB 的一层，包括顶层信号层、底层信号层、顶层阻焊层等。在输出制造PCB所需要的输出文件之前，最好咨询制板的PCB工厂，看看它们所需要的制造文件。

（2）如果一个 PCB 有很多孔，则必须在“菲林”上相同的单位、分辨率和位置产生一个NC钻孔文件。

（3）在“Gerber Setup”对话框中配置Gerber文件。可以在PCB编辑器主界面，执行菜单命令 File-＞Fabrication Outputs-＞Gerber Files；或者在一个输出工作文件的 Fabrication Output部分添加一个Gerber输出，然后用鼠标双击打开该文件，如图4.17所示。

4.3.4 配置BOM文件

AD 17.1 提供了一个可深度配置的 BOM 生成器，能产生各种格式的输出，包含文本、CSV、PDF、HTML和Excel。Excel格式的BOM也能有一个预定义的模板。

（1）在“Bill of Materials For PCB Document”对话框中可以配置 BOM 的输出，如图4.18所示。可以在PCB编辑器主界面，执行菜单命令Reports-＞Bill of Materials；或者在输出工作文件的Report Outputs部分添加它，然后双击打开该文件。

（2）在该对话框左下角的窗口中，给出了设计中每个元件的属性。对于在 BOM 中所感兴趣的元件属性，读者可以选中该属性前面的复选框，否则取消勾选前面的复选框。

（3）BOM 为默认设置时通过相同的元件构成簇结构。在该对话框中，通过将元件属性添加到“Grouped Columns”区域，可以实现集中。单击并将这些属性拖出“Grouped Columns”。如果读者希望 BOM 中的每个元件都有独立的一行，则将这些属性都拖曳到“All Columns”区域中。

（4）对话框中的主栅格区域内是要写到 BOM 的内容。在该区域中，我们能单击和拖曳重新排列一列。单击一列的头部，可以按照该列排序。Ctrl+鼠标右键则按照该列降序排列。

（5）BOM 生成器的信息来源于原理图，选中“Include Parameter from PCB”前面的复选框以访问PCB信息，如位置和板的某一侧。

4.3.5 将设计数据映射到BOM

通过在Excel模板内包含用于创建BOM的特殊描述，则设计数据能够从AD 17.1传递到Excel的BOM，如图4.19所示。然后单击“Export”按钮，就会生成BOM文件。