2.6　电路板物理结构及环境参数设置

对于手动生成的PCB，在进行PCB设计前，首先要对板的各种属性进行详细的设置，主要包括板形的设置、PCB图纸的设置、电路板层的设置、层的显示、颜色的设置、布线框的设置、PCB系统参数的设置以及PCB设计工具栏的设置等。

2.6.1　电路板物理边框的设置

1．边框线的设置

电路板的物理边界即为PCB的实际大小和形状，板形的设置是在工作层层面Mechanical 1上进行的，根据所设计的PCB在产品中的位置、空间的大小、形状以及与其他部件的配合来确定PCB的外形与尺寸。具体的步骤如下：

　新建PCB文件，使之处于当前的工作窗口，如图2-39所示。默认的PCB图为带有栅格的黑色区域，包括13个工作层面。

●　Top Layer（顶层）和Bottom Layer（底层）：主要用于建立电气连接的铜箔层。

●　Mechanical 1（机械层）：用于支持电路板的印制材料层。

●　Top Overlay（丝印层）：用于添加电路板的说明文字。

●　Top Paste（顶层锡膏防护层）和Bottom Paste（底层锡膏防护层）：用于添加露在电路板外的铜箔。

●　Top Solder（顶层阻焊层）和Bottom Solder（底层阻焊层）：用于添加电路板的覆盖。

●　Drillguide（过孔引导层）：用于显示设置的钻孔信息。

●　Keep-Out Layer（禁止布线层）：用于设立布线框，支持系统的自动布局和自动布线功能。

●　Drilldrawing（过孔钻孔层）：用于查看钻孔孔径。

●　Multi-Layer（多层同时显示）：横跨所有的信号板层。

　单击工作窗口下方的Mechanical 1（机械层）选项卡，使该层面处于当前的工作窗口中。

　选择“放置”→“线条”菜单命令，鼠标将变成十字形状。将鼠标移到工作窗口的合适位置，单击即可进行线的放置操作，每单击一次就确定一个固定点。通常将板的形状定义为矩形。在特殊情况下，为了满足电路的某种特殊要求，也可以将板形定义为圆形、椭圆形或者不规则的多边形。这些都可以通过“放置”菜单来完成。

　当绘制的线组成了一个封闭的边框时，即可结束边框的绘制。单击鼠标右键或者按下Esc键即可退出该操作，绘制结束后的PCB边框如图2-40所示。

　设置边框线属性。用鼠标左键双击任一边框线即可打开该线的“Properties（属性）”面板，如图2-41所示。

为了确保PCB图中边框线为封闭状态，可以在此对话框中对线的起始和结束点进行设置，使一根线的终点为下一根线的起点。下面介绍其余一些选项的含义。

●　Layer（层）下拉列表：设置该线所在的工作层面。因此用户开始画线时可以不选择Mechanical 1选项卡，在此处进行工作层面的修改也可达到步骤中同样的效果，只是这样需要对各个线进行设置，操作起来比较麻烦。

●　Net（网络）下拉列表：设置边框线所在的网络。通常边框线不属于任何网络，即不存在任何的电气特性。

●　“锁定”按钮：单击“Location（位置）”选项组下的按钮，边框线将被锁定，无法对该线进行移动等操作。

按Enter键，完成边框线的属性设置。

2．板形的修改

对边框线进行设置主要是给制板商提供制作板形的依据。用户也可以在设计时直接修改板形，即在工作窗口中直接看到自己所设计板子的外观形状，然后对板形进行修改。板形的设置与修改主要通过“设计”→“板子形状”子菜单来完成。

（1）按照选择对象定义

在机械层或其他层利用线条或圆弧定义一个内嵌的边界，以新建对象为参考重新定义板形，具体的操作步骤如下。

　选择“放置”→“圆弧”菜单命令，在电路板上绘制一个圆，如图2-42所示。

　选中刚才绘制的圆，然后选择“设计”→“板子形状”→“按照选择对象定义”菜单命令，电路板将变成圆形，如图2-43所示。

（2）根据板子外形生成线条

在机械层或其他层将板子边界转换为线条。具体操作方法为：执行“设计”→“板子形状”→“根据板子外形生成线条”命令，弹出“从板外形而来的线/弧原始数据”对话框，如图2-44所示。按照需要设置参数，单击按钮，退出对话框，板边界自动转换为线条，如图2-45所示。

2.6.2　电路板图纸的设置

与原理图一样，用户也可以对电路板图纸进行设置，默认的图纸是不可见的。大多数Altium Designer 20自带的例子将板子显示在一个白色的图纸上，与原理图图纸完全相同。图纸大多被画在Mechanica1 16（机械层16）上，图纸的设置主要有以下两种方法。

1．通过“Properties（属性）”进行设置

单击右侧“Properties（属性）”按钮，打开“Properties（属性）”面板“Board（板）”属性编辑，如图2-46所示。

其中主要选项组的功能如下。

●　“Search（搜索）”功能：允许在面板中搜索所需的条目。

●　“Selection Filter（选择过滤器）”选项组：设置过滤对象。

也可单击中的下拉按钮，弹出如图2-47所示的对象选择过滤器。

●　“Snap Options（捕捉选项）”选项组：设置图纸是否启用捕获功能。

　Snap To Grids：选中该复选框，捕捉到栅格。

　Snap To Guides：选中该复选框，捕捉到向导线。

　Snap To Object Axes：选中该复选框，捕捉到对象坐标。

●　“Snap to Object Hotspots（捕捉对象热点）”选项组：捕捉的对象热点所在层包括“All Layer（所有层）”“Current Layer（当前层）”和“Off（关闭）”。

　Snap To Board Outline：选中该复选框，捕捉到电路板外边界。

　Snap Distance（栅格范围）：设置值为半径。

●　“Board Information（板信息）”选项组：显示PCB文件中元件和网络的完整细节信息。图2-46显示的部分是未选定对象时。

　汇总了PCB上各类图元（如导线、过孔、焊盘等）的数量，报告了电路板的尺寸信息和DRC违例数量。

　报告了PCB上元件的统计信息，包括元件总数、各层放置数目和元件标号列表。

　列出了电路板的网络统计，包括导入网络总数和网络名称列表。

　单击按钮，系统将弹出如图2-48所示的“板级报告”对话框，通过该对话框可以生成PCB信息的报表文件，在该对话框的列表框中选择要包含在报表文件中的内容。选中“仅选择对象”复选框时，单击按钮全选上所有的板信息。

　报表列表选项设置完毕后，在“板级报告”对话框中单击按钮，系统将生成Board Information Report的报表文件，自动在工作区内打开。PCB信息报表如图2-49所示。

●　“Grid Manager（栅格管理器）”选项组：定义捕捉栅格。

　单击按钮，在弹出的下拉菜单中选择命令，如图2-50所示。添加笛卡儿坐标与极坐标下的栅格，在未选定对象时进行定义。

　选择添加的栅格参数，激活“Properties（属性）”按钮，单击该按钮，弹出如图2-51所示的“Cartesian Grid Editor（笛卡儿栅格编辑器）”对话框，设置栅格间距。

　单击“删除”按钮，删除选中的参数。

●　“Guide Manager（向导管理器）”选项组：定义电路板的向导线，添加或放置横向、竖向、+45°、-45°和捕捉栅格的向导线，在未选定对象时进行定义。

　单击“Add（添加）”按钮，在弹出的下拉菜单中选择命令，如图2-52所示，添加对应的向导线。

　单击“Place（放置）”按钮，在弹出的下拉菜单中选择命令，如图2-53所示，放置对应的向导线。

　单击“删除”按钮，删除选中的参数。

●　“Other（其余的）”选项组：设置其余选项。

　Units（单位）”选项：可以设置为公制（mm），也可以设置为英制（mils）。一般在绘制和显示时设为mil。

　Polygon Naming Scheme选项：选择多边形命名格式，包括4种，如图2-54所示。

　Designator Display选项：标识符显示方式，包括“Phisical（物理的）”“Logic（逻辑的）”两种。

　Route Tool Path选项：选择布线所在层，从Mechanical 2……Mechanical 15中选择。

2．从PCB模板中添加新图纸

与Protel 2004一样，Altium Designer 20也拥有一系列预定义的PCB模板，主要存放在安装目录“AD 20\Templates”下。添加新图纸的操作步骤如下：

　单击需要进行图纸操作的PCB文件，使之处于当前的工作窗口中。

　选择“文件”→“打开”菜单命令，进入如图2-55所示的对话框，选中上述路径下的一个模板文件。

　单击按钮，即可将模板文件导入到工作窗口中，如图2-56所示。

　用鼠标拉出一个矩形框，选中该模板文件，选择“编辑”→“复制”菜单命令，进行复制操作。然后切换到要添加图纸的PCB文件，选择“编辑”→“粘贴”菜单命令，进行粘贴操作，此时鼠标变成十字形状，同时图纸边框悬浮在鼠标上。

　选择合适的位置，然后单击即可放置该模板文件。新页面的内容将被放置到Mechanical 1（机械层1）层，但此时并不可见。

　在界面右下角单击按钮，弹出快捷菜单，选择“View Configuration（视图配置）”命令，打开“View Configuration（视图配置）”面板，可在该面板中进行设置，如图2-57所示。

　选择“视图”→“适合板子”菜单命令，此时图纸被重新定义了尺寸，与导入的PCB图纸边界范围正好相匹配。

至此，如果使用“V+S”或“Z+S”键重新观察图纸，可以看见新的页面格式已经启用了。

2.6.3　电路板的层面设置

1．电路板的分层

PCB一般包括很多层，不同的层包含不同的设计信息。制板商通常是将各层分开做，然后经过压制、处理，最后生成各种功能的电路板。

Altium Designer 20提供了以下6种类型的工作层面。

●　Signal Layers（信号层）：信号层即为铜箔层，主要完成电气连接特性。Altium Designer 20提供有32层信号层，分别为Top Layer（顶层）、Mid Layer 1（中间层1）、Mid Layer 2 （中间层2）……Mid Layer 30 （中间层30）和Bottom Layer（底层），各层以不同的颜色显示。

●　Internal Planes（内部电源与地层）：内部电源与地层也属于铜箔层，主要用于建立电源和地网络。Altium Designer 20提供16层Internal Planes（内部电源与地层），分别为Internal Layer 1（内部电源层1）、Internal Layer 2（内部电源层2）……Internal Layer 16（内部电源层16），各层以不同的颜色显示。

●　Mechanical Layers（机械层）：机械层是用于描述电路板机械结构、标注及加工等说明所使用的层面，不能完成电气连接特性。Altium Designer 20提供有16层机械层，分别为Mechanical Layer 1（机械层1）、Mechanical Layer 2（机械层2）……Mechanical Layer 16（机械层16），各层以不同的颜色显示。

●　Mask Layers（掩模层）：掩模层主要用于保护铜线，也可以防止元件被焊到不正确的地方。Altium Designer 20提供有4层掩模层，分别为Top Paster（顶部锡膏防护焊料层）、Bottom Paster（底部锡膏防护层）、Top Solder（顶部阻焊层）和Bottom Solder（底部阻焊层），分别用不同的颜色显示出来。

●　Silkscreen Layers（丝网层）：通常在这上面会印上文字与符号，以标示出各零件在板子上的位置。丝网层也被称作图标面（legend），Altium Designer 20提供有两层丝印层，分别为Top Overlay（顶部覆盖层）和Bottom Overlay（底部覆盖层）。

●　Other Layers：其他层。

　Drill Guides（钻孔位置）和钻孔图层：用于描述钻孔图和钻孔位置。

　Keep-Out Layer（禁止布线层）：只有在这里设置了布线框，才能启动系统的自动布局和自动布线功能。

　Multi-Layer（多层）：设置更多层，横跨所有的信号板层。

2．电路板的显示

在界面右下角单击按钮，弹出快捷菜单，选择“View Configuration（视图配置）”命令，打开“View Configuration（视图配置）”面板，在“Layer Sets（层设置）”下拉列表中选择“All Layers（所有层）”，即可看到系统提供的所有层，如图2-58所示。

同时还可以选择“Signal Layers（信号层）”“Plane Layers（平面层）”“NonSignal Layers（非信号层）”和“Mechanical Layers（机械层）”选项，分别在电路板中单独显示对应的层。

3．常见的不同层数电路板

（1）Single-Sided Boards（单面板）

在最基本的PCB上元件集中在其中的一面，走线则集中在另一面上。因为走线只出现在其中的一面，所以就称这种PCB板为单面板（Single-Sided Boards）。在单面板上通常只有底面也就是Bottom Layer（底层）覆上铜箔，元件的管脚焊在这一面上，主要完成电气特性的连接。顶层也就是Top Layer（顶层）是空的，元件安装在这一面，所以又称为“元件面”。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，所以布线间不能交叉而必须绕走独自的路径），布通率往往很低，所以只有早期的电路及一些比较简单的电路才使用这类板子。

（2）Double-Sided Boards（双面板）

这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的布线则必须在两面之间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫作过孔（via）。过孔是在PCB上充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。双层板通常无所谓元件面和焊接面，因为两个面都可以焊接或安装元件，但习惯地可以称Bottom Layer为焊接面、Top Layer为元件面。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且布线可以互相交错（可以绕到另一面），所以它适合用在比单面板复杂的电路上。相对于多层板而言，双面板的制作成本不高，在给定一定面积的时候通常都能百分百布通，因此一般的印制板都采用双面板。

（3）Multi-Layer Boards（多层板）

常用的多层板有4层板、6层板、8层板和10层板等。简单的4层板是在Top Layer和Bottom Layer的基础上增加了电源层和地线层，一方面极大程度地解决了电磁干扰问题，提高了系统的可靠性；另一方面可以提高布通率，缩小PCB板的面积。6层板通常是在4层板的基础上增加了两个信号层：Mid-Layer 1和Mid-Layer 2。8层板则通常包括一个电源层、两个地线层、5个信号层（Top Layer、Bottom Layer、Mid-Layer 1、Mid-Layer 2和Mid-Layer 3）。

多层板层数的设置是很灵活的，设计者可以根据实际情况进行合理的设置。各种层的设置应尽量满足以下要求。

●　元件层的下面为地线层，提供器件屏蔽层并为顶层布线提供参考平面。

●　所有的信号层应尽可能与地平面相邻。

●　尽量避免两信号层直接相邻。

●　主电源应尽可能地与其对应相邻。

●　兼顾层压结构对称。

4．电路板层数设置

在对电路板进行设计前可以对板的层数及属性进行详细设置，这里所说的层主要是指Signal Layers（信号层）、Internal Plane Layers（电源层和地线层）和Insulation （Substrate）Layers（绝缘层）。

电路板层的具体设置步骤如下：

　选择“设计”→“层叠管理器”菜单命令，系统将打开后缀名为“.PcbDoc”的文件，如图2-59所示。在该对话框中可以增加层、删除层、移动层所处的位置以及对各层的属性进行编辑。

　该文件的中心显示了当前PCB图的层结构。默认的设置为双层板，即只包括“Top Layer（顶层）”和“Bottom Layer（底层）”两层，右击某一个层，弹出快捷菜单，如图2-60所示，用户可以在快捷菜单中插入、删除或移动新的层。

　双击某一层的名称可以直接修改该层的属性，然后可对该层的名称及厚度进行设置。

　PCB设计中最多可添加32个信号层、26个电源层和地线层。各层的显示与否可在“View Configuration（视图配置）”面板中进行设置，选中各层中的“显示”按钮即可。

　电路板的层叠结构中不仅包括拥有电气特性的信号层，还包括无电气特性的绝缘层，两种典型的绝缘层主要是指“Core（填充层）”和“Prepreg（塑料层）”。

层的堆叠类型主要是指绝缘层在电路板中的排列顺序，默认的3种堆叠类型包括Layer Pairs（Core层和Prepreg层自上而下间隔排列）、Internal Layer Pairs（Prepreg层和Core层自上而下间隔排列）和Build-up（顶层和底层为Core层，中间全部为Prepreg层）。改变层的堆叠类型将会改变Core层和Prepreg在层栈中的分布，只有在信号完整性分析需要用到盲孔或深埋过孔时，才需要进行层的堆叠类型的设置。

2.6.4　工作层面与颜色设置

PCB编辑器内显示的各个板层具有不同的颜色，以便于区分。用户可以根据个人习惯进行设置，并且可以决定该层是否在编辑器内显示出来。

1．打开“View Configuration（视图配置）”面板

在界面右下角单击按钮，弹出快捷菜单，选择“View Configuration（视图配置）”命令，打开“View Configuration（视图配置）”面板，如图2-61所示，该面板包括电路板层颜色设置和系统默认设置颜色的显示两部分。

2．设置对应层面的显示与颜色

在“Layers（层）”选项组下用于设置对应层面和系统的显示颜色。

（1）“显示”按钮用于决定此层是否在PCB编辑器内显示。不同位置的“显示”按钮启用/禁用层不同。

●　每个层组中启用或禁用一个层、多个层或所有层，如图2-62所示。启用/禁用了全部的Component Layers。

●　启用/禁用整个层组，如图2-63所示，所有的Top Layers启用/禁用。

●　启用/禁用每个组中的单个条目，如图2-64所示，突出显示的个别条目已禁用。

（2）如果要修改某层的颜色或系统的颜色，单击其对应的“颜色”栏内的色条，即可在弹出的选择颜色列表中进行修改，如图2-65所示。

（3）在“Layer Sets（层设置）”设置栏中，有“All Layers（所有层）”“Signal Layers（信号层）”“Plane Layers（平面层）”“NonSignal Layers（非信号层）”和“Mechanical Layers（机械层）”选项，分别对应其上方的信号层、电源层、地线层和机械层。选择“All Layers（所有层）”决定了在板层和颜色面板中显示全部的层面，还是只显示图层堆栈中设置的有效层面。一般地，为使面板简洁明了，默认选择“All Layers（所有层）”，只显示有效层面，对未用层面可以忽略其颜色设置。

单击“Used On（使用的层打开）”按钮，即可选中该层的“显示”按钮，清除其余所有层的选中状态。

3．显示系统的颜色

在“System Color（系统颜色）”栏中可以对系统的两种类型可视格点的显示或隐藏进行设置，还可以对不同的系统对象进行设置。

在各个设置区域中，“颜色”设置栏用于设置对应电路板层的显示颜色。“展示”复选框用于决定此层是否在PCB编辑器内显示。如果要修改某层的颜色，单击其对应的“颜色”设置栏中的颜色显示框，即可在弹出的“2D系统颜色（二维系统颜色）”对话框中进行修改。

2.6.5　PCB布线框的设置

对布线框进行设置主要是为自动布局和自动布线打基础的。选择“文件”→“新的”→PCB（印制电路板）菜单命令或通过模板创建的PCB文件只有一个默认的板形，并无布线框，因此用户如果要使用Altium Designer 20系统提供的自动布局和自动布线功能就需要自己创建布线框。

创建布线框的具体步骤如下。

　单击Keep-out Layer（禁止布线层）选项卡，使该层处于当前的工作窗口。

　选择“放置”→“Keepout（禁止布线）”与对象属性编辑对话框中的“Keepout（禁止布线）”复选框的作用是相同的，即表示不属于板内的对象）→“线径”菜单命令，这时鼠标变成十字形状。移动鼠标到工作窗口，在禁止布线层上创建封闭的多边形。

　完成布线框的设置后，单击鼠标右键或者按下Esc键即可退出布线框的操作。

布线框设置完毕后，进行自动布局操作时元件自动导入到该布线框中。有关自动布局的内容将在以后的章节介绍。