一、EDA技术简介

1.1 电子设计自动化

电子设计自动化就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

在20世纪60年代中期，EDA从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）等概念发展而来。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。注意：EDA软件平台是应用EDA技术的所有软件平台的统称，不是某一软件平台的名称。

EDA软件平台大致分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件、系统设计辅助软件三类。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件是可编程芯片辅助设计软件和系统设计辅助软件，如Protel、Altium Designer、PSPICE、multisim、 PSPICE、multisim、 OrCAD、 PCAD、 LSIIogic、 MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同时还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。

1.2 库与模型
EDA技术出现之前：原理图画在纸上，每个器件用图形符号表示；直接在面包板之类的平台上搭建实际电路，设计师用导线将各器件连接；无法进行电路仿真。EDA技术出现之后：每个器件的图形符号都显示在电脑屏幕上，所以原理图也画在电脑上；每个器件都有仿真模型，设计师在电脑上画好原理图后，就可以进行仿真，出错了修改也容易；仿真成功后，设计师可以为原理图中每个器件指定封装和3D模型，然后就能生成PCB文件，自动或人工布线后，就可以交给厂家制作出实际的电路了。

将元器件的图形符号和元器件的物理属性在计算机中表示，就自然而然地出现了三类模型：抽象模型、机械模型和电气模型。其中，图形符号对应抽象模型，物理属性对应机械模型和电气模型。

• 抽象模型用于绘制原理图，只要能够表示出器件之间的逻辑关系就可以了。各类元器件的抽象模型组成了原理图库。
• 机械模型用于绘制PCB，这一概念通常指3D模型。但是制作PCB主要使用的是元器件和PCB接触的那一面，因此为了方便绘制PCB，机械模型还包括脚印（Footprint）模型这一种。各类元器件的机械模型组成了元器件封装库。
• 电气模型用于电路仿真，因而又称作仿真模型，仿真技术是EDA技术的核心，仿真模型用硬件描述语言描述。各类元器件的仿真模型组成了仿真模型库。

1.3 映射
同一个元器件有三类模型。为了方便寻找与管理，同一个元器件的各类模型形成映射关系，通过编译PCB工程文件，将各类模型库关联生成集成库。由于同一个抽象模型可能与多个机械模型或仿真模型存在映射关系，所以在导入PCB文件之前，需要在图形符号属性设置界面指定模型。

Altium Designer

Altium Designer是Altium公司推出的一款一体化EDA软件平台，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术完美地融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。

二、Altium Designer元器件封装

2.1 电阻元件特性及封装

2.1.1 分类

1. 按材料分。

• 薄膜电阻：碳膜RT（底色通常为米色），金属膜RJ（底色通常为天蓝色），金属氧化膜RY。薄膜电阻是最常用的电阻，而其中的金属膜又是更为常用的。
• 实心电阻：性能差，一般不用。
• 绕线电阻：额定功率大都在1W以上，所以一般用在功率和电流较大的电路中。由于绕线电阻有一定电感值，所以基本不用在高频交流电路中。
• 贴片电阻：PCB板中的电阻基本都是贴片电阻，性能很好。
• 敏感电阻：特殊的电阻，仅用在特殊场合。如热敏MZ/MF、湿敏MS、光敏MG、压敏MY、力敏ML、磁敏MC、气敏MQ等。

2. 按功率分。主要有1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等额定功率的电阻，同种加工方式的电阻，其功率越大，体积也越大。
3. 按精确度分。

• 有正负5%、10%、20%等普通电阻；
• 有正负0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%等精密电阻。

4. 排电阻。又称集成电阻器或电阻器网络。有单列式直插（SIP）、双列直插式（DIP）和贴片式的外形结构。

2.1.2 阻值标示

色环标示、数字索位标示和E96数字代码与字母混合标示法。

2.1.3 物理封装

• 直插式：在Altium中，封装为AXIAL-xx形式（xx表示焊盘中心间距，单位Inch），典型的封装是AXIAL-0.3。敏感电阻直插封装常和无极电容直插封装很像。
• 贴片式：常见有9种，且有英制和公制两种表示方式。前两位表示元件长度，后两位表示元件宽度。英制单位Inch，公制单位mm。常用英制，代码有0201、0402、0603、0805、1206、1210、1812、2010和2512。
• 定制封装。SIP排阻，常用作上拉电阻。奇数个引脚，内部电阻并不相互独立，有方向性。贴片排阻，常用作限流电阻。偶数个引脚，内部电阻互相独立。

2.2 电容元件特性及封装

2.2.1 作用

• 旁路：为本地器件提供能量的储能元件，使稳压器输出均匀化，降低负载需求。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源引脚和地引脚，防止输入值过大导致地电位的太高和噪声。
• 去耦：旁路电容实际上也是去耦合，只是旁路电容一般指高频旁路，也就是给高频开关噪声提供一条低阻抗途径。旁路是滤除输入信号中的干扰，去耦是滤除输出信号中的干扰，防止干扰返回电源，这是二者的本质区别。高频旁路电容一般比较小，一般取0.1微法 、0.01微法等。
• 去耦合电容一般比较大，比如取10微法或者更大，要根据电路分布参数 和驱动电流变化大小确定。耦合，若负载的电容比较大，驱动电路要在完成对电容充电和放电 以后，才能实现信号的跳变。当上升沿较陡时，电流就会比较大。 这样，所驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路存在电感 （产生反弹）和电阻，这种电流对正常情况而言就是一种噪声，会影响前级电路正常工作。
• 滤波：由于超过1微法的电容大多为电解电容，有很大电感，频率升高时， 阻抗反而增加，不利于高频通过。
• 储能

2.2.2 分类

• 按结构。固定、可变和微调。
• 按功能。

2.2.3 电容值标示

直标、色标、文字符号和数码。

2.2.4 主要参数

• 容量和误差：精密电容误差较小，电解电容误差较大。
• 额定耐压值（指直流电压）
• 温度系数
• 绝缘电阻（表示漏电大小）
• 损耗
• 频率特性：高频时介电常数减小，电容值随之减小，损耗增加。且高 频时分布电阻电感参数都会影响性能，故使用频率有上限。

2.2.5 封装

无极性电容（原理图中符号CAP）：直插式常选用RAD封装，RAD0.1、RAD0.2、RAD0.3、RAD0.4。贴片式的英制代码0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2225和3035。有极性电容（原理图中符号ELECTRO1和ELECTRO2）：直插式电解电容常选用RB封装，RB.2/.4、 RB.3/.6、 RB.4/.8、 RB.5/1.0。平时用得最多的是铝电解电容。有极性贴片式电容以钽电容居多，因其温度稳定性好，封装有3216、3528、6032和7343四种，耐压分别为10V、16V、25V和35V。

2.3 电感元件特性及封装

2.3.1 分类

• 按绕线结构。单层线圈、多层线圈（分布电容随之增大）和蜂房线圈。
• 按外形。空心和实心。
• 按工作性质。高频和低频。
• 按封装形式。普通、色环、环氧树脂和贴片。
• 按电感量。固定和可调。

2.3.2 电感值标示

直标、文字符号、数码和色标。

2.3.3 参数

电感量、允许偏差和最大电流。

2.3.4 封装

• 功率电感。插件用圆柱型表示方法。贴片用椭柱型表示方法。
• 普通线性电感、色环电感。插件用功率标示1/8W、1/4W、1/2W、1W。贴片用尺寸标示0402、0405、0603、1005和1608。

2.4 二极管元件特性及封装

2.4.1 分类

• 按材料分。锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管。
• 按制作工艺。面接触和点接触
• 按结构类型。半导体结型和金属半导体接触
• 按封装形式。常规和特殊
• 按用途。整流、检波、 开关、稳压（齐纳）、快速恢复、瞬态电压抑制（TVS）、发光二极管、雪崩、双向触发、变容。

2.4.2 参数

• 额定正向工作电流
• 最大浪涌电流
• 最高反向工作电压
• 反向电流
• 反向恢复时间：从正向电压变成反向电压时，理想情况是电流瞬间截止，实际上，一般要延迟一段时间，影响开关速度。（但不一定说小就好）
• 最大功率：对稳压二极管而言比较重要。

2.4.3 封装
二极管根据种类不同在Altium原理图中的符号也不同，常见有DIODE、DIODE SHOTTIKY、DIODE TUNNEL、ZENER1、 ZENER2、ZENER3。

• 直插：Altium中阳极A阴极K，常用DIODE0.4和DIODE0.7两系列。
• 贴片：常见有SOT-23、SOD-123、SC-88、SMA、SMB和SMC。

2.5 三极管元件特性及封装

2.5.1 分类

• 按材料和极性。硅材料的NPN的PNP和锗材料的NPN的PNP。
• 按用途。高中低频、低噪声、光电、开关、高反压、达林顿等。
• 按功率。大中小功率。
• 按工作频率。超高、高、低。
• 按制造工艺。平面、合金和扩散。
• 按外形封装。金属、玻璃、陶瓷和塑料。

2.5.2 参数

• 特征频率：要小于
• 工作电压或电流
• 放大倍数
• 集电极发射极反向击穿电压
• 最大允许耗散功率

2.5.3 封装

• 直插：常见的有TO-18（普通）、TO-22（大功率）和TO-3（大功率达林顿）。
• 贴片：常见是小外形晶体管（SOT），如SOT-23、SOT-1123、SOT732、SC-70、SC-88和SC-89，还有小外形封装（SOP）。

2.6 集成电路芯片特性及封装

2.6.1 封装

• 直插式封装：双列直插式DIP和引脚栅格阵列PGA等。
• 贴片式封装：PLCC、QUAD（QFP、TQFP和SQFP等）、SOJ、BGA、SPGA等。

2.6.2 详述

• 双列直插式（Dual In-Line Package,DIP）
• 单列直插式（Signal In-Line Package,SIP）
• 四侧引脚扁平（Quad Flat Package,QFP）,SMT
• 小外形封装（Small Out-Line Package,SOP），是DIP缩小形式的表面贴装型封装，又称为小外形集成电路（SOIC），派生封装有SOJ（J型引脚）、TSOP（薄小）、VSOP（甚小）、SSOP（缩小型）、TSSOP（薄的缩小型）、SOT（小外形晶体管）、SOIC等。
• 带引线的塑料芯片载体（Plastic Leaded Chip Carrier,PLCC）,SMT
• 插针网格阵列封装（Pin Grid Array Package,PGA）,需专门PGA插座
• 球珊阵列（Ball Grid Array Package,BGA）
• 栅格阵列（Land Grid Array,LGA）
• 极小空间（Chip Scale BGA Package,CSP）

三、Altium Designer绘制原理图（库）

库

原理图模型是元器件外部功能的示意图，不用来制造和仿真电路，因此对该模型尺寸样式没有硬性要求，尽量一目了然、美观大方。两引脚属性不匹配，导致原理图编译出错，可直接在原理图上编辑引脚属性，不必修改库中模型。

原理图

• 确保两个元素关联起来可以拖动直到出现红叉，关联后四个小白点是否看得见无关紧要。
• 总线两端不能有多余部分，会报错。
• 导入或更新PCB时，经常会出现网络重复的错误，这个时候只要删除PCB文件中的相应网络，保存后在原理图中重新更新就可以了。
• 由于快捷键冲突的原因，在更改走线模式的时候要关闭中文输入法。如果还是不行，请在菜单栏右键进入customize，查看是否关闭了原理图快捷键。

四、Altium Designer绘制PCB（库）

库

• 绘制元器件封装有四种方法：使用IPC Compliant Footprint Wizard，使用IPC Compliant Footprints Batch generator，使用元器件向导，手动绘制。

IPC Compliant Footprint Wizard是首选。该向导能引导我们创建标准无误的封装，需要元器件手册能提供详实的数据。

IPC Compliant Footprints Batch generator一般不用。

元器件向导是次选，可以创建IPC Compliant Footprint Wizard不能创建的DIP封装，该向导用来创建比较简单的封装。

手动绘制是无奈之选，一般用来创建奇形怪状的元器件封装。

• 脚印封装，顾名思义，是引脚在PCB上的印记模型。例如LCD1602，脚印封装指定为SIP16，而不能把没有引脚的平面部分也绘制进去。
• 脚印封装的参考中心一般设置在1脚或中心，这样避免PCB上拖动元件时，光标乱跑。
• 标号为1的焊盘最好设置为方形，这样在绘制PCB时能很容易地判断元器件方位。
• 脚印封装和PCB一样有很多层，将其丝印层画得大一点，确保囊括所有焊盘；
• 焊盘大一些可能没必要，但不要太小。焊孔不能太小，否则插不进去引脚；也不能太大，否则容易漏焊。
• 焊盘引脚标号不能乱定，要和有映射关系的原理图模型引脚标号一一对应。为免出错，一般都是从1开始递增。

PCB

• 设置跳转栅格是为了方便拖动和对齐器件的，也可以在器件属性框中直接输入器件的位置。很明显跳转栅格更方便操作。只有在极个别情况下才会使用后者。
• PCB不需要绘制地线，因为后面会敷铜，绘制地线只会增加布线难度。
• 不要绘制圆弧，圆弧虽然美观，但违反了布线最短原则。
• 器件的布局和布线不是一蹴而就的，在布线过程中还会重新调整布局。
• 处理器芯片引脚很多，其周围的布线要留有足够的空间。
• 走线要保证环路面积最小，例如电源有正负两条线，则两条线不能围成一个大圈。
• 在芯片GND引脚周围放几个过孔，有助于芯片性能稳定。