1. 项目概述为什么我们需要一份AD20学习笔记如果你刚接触电子设计或者从其他EDA工具比如立创EDA、KiCad转过来第一次打开Altium Designer 20后面简称AD20时大概率会感到一阵眩晕。满屏的工具栏、复杂的菜单、一堆看不懂的英文术语画个最简单的板子都不知道从哪里下手。网上的教程要么太老对应不上新版本要么太零散看完还是连不成体系。我自己当年就是这么过来的踩了无数坑浪费了大量时间在找菜单、查错误上。所以这份“Altium Designer 20学习笔记”的初衷就是把我自己从一个新手到能独立完成项目过程中那些最核心、最实用、也最容易出错的知识点系统地整理出来。它不是官方手册的翻译也不是面面俱到的百科全书而是一份聚焦实战、解决问题的路线图。我会假设你是一个有一定电路基础但AD软件零经验的新手带你从软件安装、环境配置一直走到完成第一块PCB的设计输出。你会发现很多操作背后的逻辑一旦点透其实并不复杂。这份笔记会重点解决那些搜索引擎上答案模糊不清的问题比如库的管理、设计规则的设置、生产文件的输出等这些都是决定你设计能否成功投产的关键。2. 核心学习路径与知识体系搭建学习AD20切忌一上来就埋头画图。没有清晰的路径你会像无头苍蝇一样学到的都是碎片。一个高效的电子设计流程在AD中对应着一套完整的项目管理和设计规范。我们需要先建立起这个宏观框架。2.1 从工程Project开始而非原理图Schematic很多新手犯的第一个错误就是直接新建一个原理图文件.SchDoc就开始画。这在AD里是“野路子”做法会为后续管理带来无穷麻烦。AD的一切设计都必须基于“工程”.PrjPcb来组织。一个标准的AD工程文件.PrjPcb就像一个文件夹里面管理着所有相关的设计文件原理图、PCB图、库文件、输出文件等。这样做的好处是同步与关联在工程内原理图和PCB之间的元件、网络连接是自动关联的。你在原理图里修改一个元件标号PCB里会自动更新需要执行“设计 - Update PCB Document...”。编译与检查AD可以对整个工程进行编译Compile检查电气规则错误如未连接的网络、重复的标号等。这是保证设计正确性的第一道关卡。版本管理与协作以工程为单位进行文件管理和版本控制如Git要清晰得多。实操心得我习惯为每一个新项目建立一个独立的文件夹然后用AD的“文件 - 新建 - 工程”在这个文件夹里创建工程。工程名最好有明确含义比如“2024_智能灯控主板.PrjPcb”。接着再在这个工程下新建原理图和PCB文件。这个习惯能让你从混乱的文件堆里彻底解放出来。2.2 理解AD的双核心原理图与PCB的协同AD的设计流程本质上是“原理图设计 - PCB设计”的协同过程。两者通过“工程变更订单”ECO来同步。原理图侧关注的是电路的逻辑正确性。你在这里定义元件、它们之间的连接关系网络以及一些设计参数如元件值、封装。原理图是给人看的是设计的“蓝图”。PCB侧关注的是电路的物理实现。你在这里安排元件的实际位置布局绘制真实的电气连接布线并考虑电磁兼容、散热、机械结构等物理因素。PCB是给机器生产的是设计的“实物”。连接这两者的桥梁是“封装”Footprint。原理图里的每个元件都必须指定一个对应的PCB封装这个封装定义了元件在PCB上的焊盘形状、尺寸和位置。如果封装指定错误比如把0805封装的电阻指定成了0603的封装到了PCB阶段要么放不下要么焊不上会导致整个设计失败。注意事项在绘制原理图时不要只想着把线连对。每放置一个元件都必须立刻、马上确认它的封装是否正确。这是新手最高频的错误来源之一。AD的元件属性里有一个“Footprint”栏务必点进去检查或选择合适的封装。3. 元件库管理告别“一库难求”的混乱局面库的管理是AD学习的重中之重也是区分新手和老手的关键。网上乱下载的库、软件自带的库、自己建的库混在一起用不了多久你的库面板就会变成一团乱麻找元件如同大海捞针。3.1 库的三种形式与使用策略AD的库主要有三种理解它们的区别至关重要集成库.IntLib这是最推荐的形式。它把一个元件的所有信息——原理图符号Symbol、PCB封装Footprint、3D模型、仿真模型、供应商链接等——都打包在一个文件里。使用方便管理简单。很多官方库和成熟的第三方库都以这种形式提供。原理图库.SchLib PCB库.PcbLib这是比较传统的形式符号和封装分开管理。你需要同时安装或加载这两个库并在原理图符号中关联对应的PCB封装。这种方式更灵活可以自由组合但管理稍显繁琐。数据库库DbLib/SVNDbLib这是面向企业级协同工作的方式将元件信息存放在数据库如Access、SQL或版本服务器SVN中。个人学习者前期很少用到但知道有这么回事就行。对于个人学习和中小项目我的建议是以使用和创建集成库为主。对于找不到合适集成库的元件则自己动手在“集成库项目”.LibPkg中创建原理图符号和PCB封装然后编译生成自己的.IntLib文件。3.2 如何高效查找与获取元件库面对“altium designer如何查找元器件”这个高频问题以下是几条实战路径首选制造商官方渠道。很多芯片厂商如TI、ADI、ST都提供官方的AD元件库通常在其官网的“设计资源”或“支持”页面可以找到。这些库质量最高封装准确。次选授权分销商网站。如Digi-Key、Mouser、LCSC立创商城。它们提供的元件数据往往包含AD格式的封装甚至可以直接导出原理图符号和PCB封装。立创EDA的元件库非常丰富虽然不能直接用于AD但其封装尺寸图是极好的参考。慎用第三方库网站。网上有很多免费的库资源站如Ultra Librarian、SnapEDA。这些库质量参差不齐下载后必须仔细核对封装尺寸特别是焊盘大小和间距最好与元件的官方数据手册Datasheet进行比对。我曾因为用了网上一个错误的USB接口封装导致整批板子报废。终极方案自己动手建库。对于常用阻容感、接插件以及找不到可靠库的芯片自己建库是最靠谱的。这不仅是学习的一部分更是积累个人设计资产的过程。实操过程以创建一个STM32芯片的集成库为例新建集成库项目文件 - 新建 - 项目 - 集成库。保存为“My_STM32_Lib.LibPkg”。添加原理图库文件在项目面板右键点击项目 - 添加新的... - 原理图库。现在你有了一个.SchLib文件。绘制原理图符号在SCH Library面板点击“添加”新建一个元件命名为“STM32F103C8T6”。使用放置矩形、引脚等工具绘制符号外形。关键在这里放置引脚时引脚名称如PA0, VDD和引脚编号如1,2...必须与芯片数据手册和你将要绘制的封装严格对应。引脚的电属性如Power, Input, Output也要设置正确这会影响电气规则检查。添加PCB库文件同样方式添加一个.PcbLib文件到项目。绘制PCB封装在PCB Library面板添加新元件。根据数据手册的“Mechanical Drawing”或“Recommended Landing Pattern”来绘制。使用“焊盘”工具放置焊盘精确设置焊盘编号必须与原理图符号引脚编号一致、大小X, Y尺寸和位置通过坐标或测量工具。然后使用“线”或“多边形铺铜”在丝印层Top Overlay绘制元件外形框。关联与编译回到原理图库双击你创建的STM32元件在属性窗口的“Models”区域点击“Add”选择“Footprint”然后浏览找到你在PCB库中刚刚绘制的封装。最后右键点击集成库项目选择“编译集成库”。AD会在项目目录下生成一个“Project Outputs”文件夹里面就是你新鲜出炉的“.IntLib”文件了。安装使用通过“设计 - 添加/移除库”安装这个.IntLib就可以在原理图中调用这个完整的元件了。这个过程看似繁琐但做熟了几个之后速度会很快。更重要的是你拥有了一个完全受控、准确可靠的私人元件库。4. 原理图绘制进阶不仅仅是连线当你能熟练放置元件并连线后需要关注一些提升效率和质量的高级技巧。4.1 网络标签Net Label与端口Port的合理使用对于简单的图纸用导线直接连接所有引脚是可行的。但对于复杂设计这会导致图纸混乱不堪。网络标签用于在同一张原理图页面内标记相同的电气网络。比如你有一个“3V3”的电源网络它需要连接到十几个芯片的电源引脚。你不需要画十几根线把它们连到一起只需要在电源输出端和每个芯片的电源引脚处都放置一个名为“3V3”的网络标签AD就会认为它们在电气上是连通的。这极大地简化了图纸。端口用于在不同原理图页面之间传递信号。当设计较大需要分多张图纸Sheet时可以用“端口”来定义图纸间的接口。比如在“电源页”放一个输出端口“12V_OUT”在“主板页”放一个输入端口“12V_IN”AD在编译时会自动将它们连接。注意事项网络标签的名称区分大小写“GND”和“gnd”会被AD认为是两个不同的网络这会导致严重的未连接错误。建议对电源、地等关键网络使用统一、明确的大写命名。4.2 编译与电气规则检查ERC画完原理图千万别急着导入PCB。一定要执行“工程 - 编译工程”。编译过程会进行ERC检查诸如未连接的输入引脚Input Pin Unconnected重复的网络标签Duplicate Net Names未驱动的网络Floating Net电源引脚连接错误等所有错误和警告会显示在“Messages”面板。你必须逐一排查并解决所有错误Error。对于警告Warning则需要根据实际情况判断是否忽略。例如一个未连接的测试点引脚产生警告是可以接受的但一个未连接的MCU复位引脚警告就必须处理。排查技巧双击Messages面板中的错误条目AD会自动跳转到原理图中的对应位置这是最快速的定位方法。5. PCB设计核心从布局到出厂的完整流程将原理图导入PCB设计 - Update PCB Document...后真正的挑战才开始。PCB设计是艺术与工程的结合。5.1 板框定义与布局规划首先需要定义PCB的物理形状和大小。在“Mechanical 1”层或专门的“Board Planning”层使用“放置 - 走线”工具绘制板框。然后选中这些线段点击“设计 - 板子形状 - 按照选择对象定义”。布局是决定PCB性能尤其是EMC和散热的关键阶段。核心原则是“功能模块化信号流向化”固定器件优先先放置接插件、开关、指示灯等位置受限的器件。核心器件居中将MCU、FPGA等核心芯片放在板子中央便于信号辐射状分布。按功能模块布局将相关的阻容、芯片等围绕核心器件放置形成一个功能区块。比如电源模块、USB接口模块、传感器接口模块等。考虑信号流让信号的路径尽可能直接、简短。例如传感器信号 - 调理电路 - ADC - MCU布局上也应按此顺序排列避免信号线来回穿插。实操心得布局时可以频繁使用“工具 - 器件摆放”里的“在矩形区域排列”或“在指定区域排列”来快速整理一堆器件。另外按“L”键可以快速打开“视图配置”关闭不需要的层如3D模型让画面更清爽便于布局。5.2 设计规则PCB设计的“宪法”设计规则Design Rules是AD最强大也最让新手困惑的功能之一。它规定了布线时必须遵守的一切物理和电气约束。按快捷键“DR”打开规则管理器。对于双面板通用设计你必须设置以下几项电气规则ElectricalClearance设置不同网络之间的最小间距如6mil。这是防止短路的核心规则。布线规则RoutingWidth设置不同网络的线宽。通常电源线如12V、5V要宽如20-40mil信号线可以细如8-10mil。地线GND通常会在后期铺铜处理但也可以单独设置一个更宽的规则。Routing Via Style设置过孔的尺寸孔径和焊盘直径。例如外径24mil孔径12mil是一个通用尺寸。平面层规则PlanePolygon Connect Style设置铺铜Polygon与焊盘的连接方式。通常电源铺铜用“直接连接”Direct Connect以获得最小阻抗信号地铺铜用“热焊盘连接”Relief Connect以方便焊接。制造规则ManufacturingHole To Hole Clearance孔与孔之间的最小距离。Minimum Solder Mask Sliver阻焊桥的最小宽度防止阻焊脱落。常见问题为什么我的线布不通或者一布线就报错99%的原因是设计规则设置得太严格比如线宽规则最小值设成了10mil但你试图在芯片引脚间走一条8mil的线AD就会阻止你。检查并适当放宽相关规则是第一步。5.3 交互式布线与铺铜处理AD的交互式布线Interactive Routing工具非常智能。按快捷键“P - T”激活在布线的同时它会实时遵循你设定的设计规则并自动避开障碍。差分对布线对于USB、HDMI等高速差分信号需要先定义差分对在PCB中选中两根网络右键 - 差分对 - 创建差分对。然后使用“差分对交互式布线”工具P - IAD会自动保持两根线等长、等距。等长布线对于DDR内存等需要时序匹配的总线需要使用“等长布线”功能。先布通所有线然后通过“设计 - 网络类”将相关网络归类再使用“布线 - 交互式差分对/等长布线”工具来绕线以满足长度公差要求。布线完成后通常需要进行铺铜Polygon Pour。铺铜的主要目的是提供低阻抗的地回路和电源平面也能增强板子机械强度并帮助散热。选择“放置 - 多边形铺铜”P - G。在属性面板连接到网络选择“GND”或其他电源网络。绘制铺铜区域。绘制完成后铺铜会自动填充并基于你设定的“Polygon Connect Style”规则与相同网络的焊盘连接。铺铜后务必右键点击铺铜选择“多边形铺铜 - 重铺选中的多边形铺铜”有时需要多次重铺以确保连接正确。踩坑实录铺铜后一定要用“工具 - 设计规则检查”DRC再全面检查一遍。铺铜可能会产生非常细微的间距违规比如与某个走线距离小于Clearance规则这些在视觉上很难发现但DRC能抓出来。不解决这些违规板厂可能会拒收你的设计文件。6. 输出生产文件最后一步决定成败设计完成并通过DRC后最后一步是生成用于PCB制造和元件焊接的文件即“出Gerber”和“钢网文件”。这一步出错前面所有工作归零。6.1 生成Gerber文件Gerber是PCB行业的通用光绘文件格式它用一系列矢量图形描述每一层线路、阻焊、丝印等的信息。点击“文件 - 制造输出 - Gerber Files”。在“通用”标签页设置格式为“4:4”单位英寸精度0.1mil这是一个高精度通用格式。在“层”标签页点击“绘制层”下的“选择使用的”然后手动检查确保需要的层如Top Layer, Bottom Layer, Top Overlay, Top Solder, Top Paste等都被选中。特别注意“镜像层”通常不选除非板厂有特殊要求。在“钻孔图层”标签页确保“钻孔图”和“钻孔导向图”被选中。在“光圈”标签页选择“嵌入的孔径RS274X”这是现代的标准方式。在“高级”标签页确认“前导/末尾零位”设置与板厂要求一致通常选“抑制前导零位”。点击“确定”AD会在当前工程目录下生成一个“Gerber Outputs”文件夹里面包含所有Gerber文件.gbr, .gm1, .gtl等和一个钻孔文件.drl。重要提示生成Gerber后必须用免费的Gerber查看软件如GC-Prevue、CAM350或直接在立创EDA的Gerber查看器中打开检查一遍确保线路完整、阻焊开窗正确、丝印清晰没有多余的图形或缺失的层。这是发板前最后的自查机会。6.2 生成贴片坐标文件与BOM对于需要SMT贴片的板子你还需要提供坐标文件Pick and Place和物料清单BOM。坐标文件报告每个元件的中心坐标和旋转角度。通过“文件 - 装配输出 - Generates pick and place files”生成。选择CSV格式并确认坐标原点和单位通常为毫米。BOM文件列出所有元件的型号、数量、位号等信息。通过“报告 - Bill of Materials”生成。你可以自定义输出的列通常包括“Comment”型号、“Designator”位号、“Quantity”数量、“Footprint”封装等。导出为Excel格式便于整理采购。将Gerber文件、钻孔文件、坐标文件、BOM打包连同板子厚度、工艺要求如沉金、喷锡等文字说明一起发给PCB制造商一块属于你自己的PCB就正式进入生产流程了。学习AD20是一个螺旋上升的过程从模仿一个简单板子开始到独立设计复杂电路每一步都会遇到新问题。这份笔记涵盖了从入门到产出核心环节的要点但真正的熟练源于动手实践。每当解决一个报错、成功输出第一块板子、最终拿到实物并调试成功那种成就感是无可替代的。开始你的第一个项目吧从一块闪烁的LED板子画起。