Altium Designer 17一體化設計標準教程：從仿真、原理和PCB設計到單片機系統

何賓 嵌入式系統和電路設計專家，長期從事嵌入式系統和電子設計自動化方面的教學和科研工作，與全球多家知名的半導體廠商和EDA工具廠商保持緊密合作。目前已經出版嵌入式系統和電子設計自動化方面的著作近40余部，內容涵蓋電路仿真、電路設計、現場可編程門陣列、單片機、嵌入式系統等。代表作有《Xilinx FPGA數字設計》、《Xilinx All Programmable Zynq-7000 SoC設計指南》、《Xilinx FPGA數字信號處理權威指南》、《Xilinx FPGA權威設計指南》、《Altium Designer15.0電路設計、仿真與驗證權威指南》、《STC單片機原理及應用》、《模擬電子系統設計指南-基礎篇》和《模擬電子系統設計指南-實踐篇》等。

目 錄
第1篇　Altium Designer入門指南
第 章 Altium Designer安裝和概述 3
1.1 Altium Designer 17.1的安裝和配置 3
1.1.1 下載Altium Designer 17.1安裝文件 3
1.1.2 安裝Altium Designer 17.1基本應用 5
1.1.3 註冊Altium Designer 17.1集成開發環境 7
1.1.4 安裝Altium Designer 17.1擴展應用 9
1.2 Altium Designer 17.1集成設計平臺功能 9
1.2.1 原理圖捕獲工具 10
1.2.2 印刷電路板設計工具 10
1.2.3 FPGA和嵌入式軟件工具 10
1.2.4 發布/數據管理 10
1.2.5 新增加的功能 11
1.3 Altium Designer 17.1“一體化”設計理念 11
1.3.1 傳統電子設計方法的局限性 11
1.3.2 電子設計的未來要求 12
1.3.3 生態系統對電子設計的重要性 12
1.3.4 電子設計一體化 13
第 章 Altium Designer基本設計流程-原理圖設計 15
2.1 設計思路 15
2.2 創建PCB工程 15
2.3 在工程中添加一個原理圖 17
2.4 設置文檔選項 18
2.5 元件和庫 19
2.5.1 訪問元件 20
2.5.2 添加元件庫 22
2.5.3 在庫中找到元件 22
2.5.4 在可用的庫中定位一個元件 24
2.5.5 使數據保險庫可以用於訪問元件 25
2.5.6 在數據保險庫中查找元件 26
2.5.7 在數據保險庫中工作 26
2.6 在原理圖放置元件 28
2.6.1 放置元件的一些小技巧 28
2.6.2 改變元件位置的一些小技巧 28
2.7 連接原理圖中的元件 30
2.7.1 連線的一些小技巧 30
2.7.2 網絡和網絡標號 30
2.7.3 網絡標號、端口和供電端口 31
2.8 配置和編譯工程 31
2.8.1 配置工程選項 31
2.8.2 編譯工程 32
2.9 檢查原理圖的電氣屬性 32
2.9.1 設置Error Reporting 33
2.9.2 設置連接矩陣 33
2.9.3 配置類產生 34
2.9.4 設置比較器 35
2.9.5 編譯工程檢查錯誤 36
第 章 Altium Designer基本設計流程-PCB圖設計 38
3.1 創建一個新的PCB 38
3.1.1 配置板的形狀和位置 39
3.1.2 將設計從原理圖導入PCB編輯器 40
3.2 設置PCB工作區 42
3.2.1 配置顯示層 43
3.2.2 物理層和層堆棧管理器 46
3.2.3 單位的選擇（公制/英制） 47
3.2.4 支持多重柵格 48
3.2.5 設置捕獲柵格 49
3.2.6 設置設計規則 50
3.2.7 布線寬度設計規則 50
3.2.8 定義電氣間距約束 51
3.2.9 定義布線過孔類型 52
3.2.10 設計規則沖突 53
3.3 PCB元件布局 54
3.3.1 元件的放置和布局選項 54
3.3.2 放置元件 54
3.4 PCB元件布線 55
3.4.1 準備交互布線 55
3.4.2 開始布線 57
3.4.3 交互布線模式 58
3.4.4 修改和重新布線 59
3.4.5 自動布線模式 60
第 章 Altium Designer基本設計流程-設計檢查和輸出 64
4.1 驗證PCB設計 64
4.1.1 配置規則沖突顯示 64
4.1.2 配置規則檢查器 66
4.1.3 運行設計規則檢查 68
4.1.4 理解錯誤條件 69
4.1.5 解決沖突 72
4.2 查看PCB的3D視圖 74
4.3 輸出文檔 76
4.3.1 可用的輸出類型 76
4.3.2 單個輸出/一個輸出工作文件 77
4.3.3 配置Gerber文件 78
4.3.4 配置BOM文件 79
4.3.5 將設計數據映射到BOM 80
第2篇　Altium Designer原理圖設計詳解
第 章 Altium Designer設計環境基本框架 83
5.1 Altium Designer 17.1的工程及相關文件 83
5.2 Altium Designer 17.1集成設計平臺界面 84
5.2.1 Altium Designer 17.1 集成設計平臺主界面 84
5.2.2 Altium Designer 17.1工作區面板 86
5.2.3 Altium Designer 17.1文件編輯空間操作功能 89
5.2.4 Altium Designer 17.1工具欄和狀態欄 90
第 章 Altium Designer單頁原理圖繪圖功能詳解 98
6.1 放置元器件 98
6.1.1 生成新的設計 98
6.1.2 在原理圖中添加元器件 99
6.1.3 重新分配原件標識符 101
6.2 添加信號線連接 105
6.3 添加總線連接 107
6.3.1 添加總線 107
6.3.2 添加總線入口 108
6.4 添加網絡標號 109
6.5 添加端口連接 111
6.6 添加信號束系統 114
6.6.1 添加信號束連接器 114
6.6.2 添加信號束入口 116
6.6.3 查看信號束定義文件 118
6.7 添加No ERC標識 119
6.7.1 設置阻止所有沖突標識 119
6.7.2 設置阻止指定沖突標識 121
6.8 編譯屏蔽 123
6.9 覆蓋 123
第 章 Altium Digner多頁原理圖平坦式和層次化設計方法 125
7.1 多頁原理圖繪制方法 125
7.1.1 層次化和平坦式原理圖設計結構 125
7.1.2 多頁原理圖中的網絡標識符 126
7.1.3 網絡標號範圍 127
7.2 平坦式原理圖繪制 130
7.2.1 建立新的平坦式原理圖設計工程 130
7.2.2 繪制平坦式設計中第一個放大電路原理圖 130
7.2.3 繪制平坦式設計中第二個放大電路原理圖 132
7.2.4 繪制平坦式設計中其他單元的原理圖 135
7.3 層次化原理圖繪制 138
7.3.1 建立新的層次化原理圖設計工程 138
7.3.2 繪制層次化設計中第一個放大電路原理圖 138
7.3.3 繪制層次化設計中第二個放大電路原理圖 140
7.3.4 繪制層次化設計中頂層放大電路原理圖 142
第3篇　Altium Designer電路仿真功能詳解
第 章 Altium Designer混合電路仿真功能介紹 149
8.1 Altium Designer 17.1軟件SPICE仿真導論 149
8.1.1 Altium Designer 17.1軟件SPICE構成 149
8.1.2 Altium Designer 17.1軟件SPICE仿真功能 150
8.1.3 Altium Designer 17.1軟件SPICE仿真流程 156
8.2 電子線路SPICE描述 157
8.2.1 電子線路構成 157
8.2.2 SPICE程序結構 158
8.2.3 SPICE程序相關命令 162
第 章 Altium Designer模擬電路仿真實現 167
9.1 直流工作點分析 167
9.1.1 建立新的直流工作點分析工程 167
9.1.2 添加新的仿真庫 167
9.1.3 構建直流分析電路 169
9.1.4 設置直流工作點分析參數 171
9.1.5 直流工作點仿真結果的分析 171
9.2 直流掃描分析 173
9.2.1 打開前面的設計 173
9.2.2 設置直流掃描分析參數 174
9.2.3 直流掃描仿真結果的分析 174
9.3 傳輸函數分析 177
9.3.1 建立新的傳輸函數分析工程 177
9.3.2 構建傳輸函數分析電路 177
9.3.3 設置傳輸函數分析參數 179
9.3.4 傳輸函數仿真結果的分析 180
9.4 交流小信號分析 182
9.4.1 建立新的交流小信號分析工程 182
9.4.2 構建交流小信號分析電路 182
9.4.3 設置交流小信號分析參數 186
9.4.4 交流小信號仿真結果的分析 187
9.5 瞬態分析 189
9.5.1 建立新的瞬態分析工程 189
9.5.2 構建瞬態分析電路 189
9.5.3 設置瞬態分析參數 192
9.5.4 瞬態仿真結果的分析 193
9.6 參數掃描分析 194
9.6.1 打開前面的設計 194
9.6.2 設置參數掃描分析參數 194
9.6.3 參數掃描結果的分析 195
9.7 零點-極點分析 196
9.7.1 建立新的零點-極點分析工程 196
9.7.2 構建零點-極點分析電路 196
9.7.3 設置零點-極點分析參數 199
9.7.4 零點-極點仿真結果的分析 200
9.8 傅裏葉分析 201
9.8.1 建立新的傅裏葉分析工程 201
9.8.2 構建傅裏葉分析電路 201
9.8.3 設置傅裏葉分析參數 204
9.8.4 傅裏葉仿真結果分析 205
9.8.5 修改電路參數重新執行傅裏葉分析 206
9.9 噪聲分析 208
9.9.1 建立新的噪聲分析工程 210
9.9.2 構建噪聲分析電路 210
9.9.3 設置噪聲分析參數 213
9.9.4 噪聲仿真結果分析 214
9.10 溫度分析 215
9.10.1 建立新的溫度分析工程 215
9.10.2 構建溫度分析電路 215
9.10.3 設置溫度分析參數 218
9.10.4 溫度仿真結果分析 219
9.11 蒙特卡羅分析 220
9.11.1 建立新的蒙特卡羅分析工程 220
9.11.2 構建蒙特卡羅分析電路 220
9.11.3 設置蒙特卡羅分析參數 223
9.11.4 蒙特卡羅仿真結果分析 225
第 章 Altium Designer模擬行為仿真實現 226
10.1 模擬行為仿真概念 226
10.2 基於行為模型的增益控制實現 227
10.2.1 建立新的行為模型增益控制工程 227
10.2.2 構建增益控制行為模型 227
10.2.3 設置增益控制行為仿真參數 229
10.2.4 分析增益控制行為仿真結果 230
10.3 基於行為模型的調幅實現 231
10.3.1 建立新的行為模型AM工程 231
10.3.2 構建AM行為模型 231
10.3.3 設置AM行為仿真參數 233
10.3.4 分析AM行為仿真結果 234
10.4 基於行為模型的濾波器實現 235
10.4.1 建立新的濾波器行為模型工程 235
10.4.2 構建濾波器行為模型 235
10.4.3 設置濾波器行為仿真參數 237
10.4.4 分析濾波器行為仿真結果 238
10.5 基於行為模型的壓控振蕩器實現 239
10.5.1 建立新的壓控振蕩器行為模型工程 239
10.5.2 構建壓控振蕩器行為模型 239
10.5.3 設置壓控振蕩器行為仿真參數 242
10.5.4 分析壓控振蕩器行為仿真結果 243
第 章 Altium Designer數字電路仿真實現 245
11.1 數字邏輯仿真庫的構建 245
11.1.1 導入與數字邏輯仿真相關的原理圖庫 245
11.1.2 構建相關的mdl文件 246
11.2 時序邏輯電路的門級仿真 247
11.2.1 有限自動狀態機的實現原理 247
11.2.2 3位8進制計數器實現原理 248
11.2.3 建立新的3位計數器電路仿真工程 249
11.2.4 構建3位計數器仿真電路 250
11.2.5 設置3位計數器電路的仿真參數 252
11.2.6 分析3位計數器電路的仿真結果 254
11.3 基於HDL語言的數字系統仿真及驗證 254
11.3.1 HDL功能及特點 254
11.3.2 建立新的IP核設計工程 255
11.3.3 建立新的FPGA設計工程 264
第 章 Altium Designer數模混合電路仿真實現 272
12.1 建立數模混合電路仿真工程 272
12.2 構建數模混合仿真電路 272
12.3 分析數模混合電路實現原理 274
12.4 設置數模混合仿真參數 275
12.5 遇到仿真不收斂時的處理方法 277
12.5.1 修改誤差容限 277
12.5.2 直流分析幫助收斂策略 277
12.5.3 瞬態分析幫助收斂策略 278
12.6 分析數模混合仿真結果 278

第4篇　Altium Designer高級電路設計實例
第 章 Altium Designer自定義元件設計 283
13.1 自定義元件設計流程 283
13.2 打開和瀏覽PCB封裝庫 285
13.3 打開和瀏覽集成封裝庫 287
13.4 創建元件PCB封裝 288
13.4.1 使用IPC Footprint Wizard創建PCB封裝 289
13.4.2 使用Component Wizard創建元件PCB封裝 296
13.4.3 使用IPC Footprints Batch Generator創建元件PCB封裝 299
13.4.4 不規則焊盤和PCB封裝的繪制 302
13.4.5 檢查元件PCB封裝 312
13.5 創建元件原理圖符號封裝 313
15.5.1 元件原理圖符號術語 313
13.5.2 為LM324器件創建原理圖符號封裝 314
13.5.3 為XC3S100E-CP132器件創建原理圖符號封裝 318
13.6 分配模型和參數 326
13.6.1 分配器件模型 326
13.6.2 器件主要參數功能 330
13.6.3 使用供應商數據分配器件參數 331
第 章 Altium Designer原理圖參數設置與繪制 335
14.1 原理圖繪制流程 335
14.2 原理圖設計規劃 336
14.3 原理圖繪制環境參數設置 337
14.3.1 設置圖紙選項標簽欄 338
14.3.2 設置參數標簽欄 339
14.3.3 設置單位標簽欄 341
14.4 所需元件庫的安裝 342
14.5 繪制原理圖 343
14.5.1 添加剩余的圖紙 343
14.5.2 放置原理圖符號 345
14.5.3 連接原理圖符號 351
14.5.4 檢查原理圖設計 352
14.6 將原理圖設計導入PCB 356
14.6.1 設置導入PCB編輯器工程選項 356
14.6.2 使用同步器將設計導入PCB編輯器 357
第 章 Altium Designer PCB繪制基礎知識 359
15.1 PCB設計流程 359
15.2 PCB層標簽 360
15.3 PCB視圖查看命令 360
15.3.1 自動平移 361
15.3.2 顯示連接線 361
15.4 PCB繪圖對象 362
15.4.1 電氣連接線（Track） 363
15.4.2 普通線（Line） 365
15.4.3 焊盤（Pad） 365
15.4.4 過孔（Via） 366
15.4.5 弧線（Arcs） 367
15.4.6 字符串（Strings） 368
15.4.7 原點（Origin） 369
15.4.8 尺寸（Dimension） 370
15.4.9 坐標（Coordinate） 370
15.4.10 填充（Fill） 370
15.4.11 固體區（Solid Region） 371
15.4.12 多邊形灌銅（Polygon Pour） 372
15.4.13 禁止布線對象（Keepout object） 375
15.4.14 捕獲向導（Snap Guide） 375
15.5 PCB繪圖環境參數設置 376
15.5.1 板選項對話框參數設置 376
15.5.2 柵格尺寸設置 377
15.5.3 視圖配置 379
15.5.4 PCB坐標系統的設置 381
15.5.5 設置選項快捷鍵 382
15.6 PCB形狀和邊界設置 383
15.6.1 通過板規劃模式定義板形狀 383
15.6.2 通過2D模式定義板形狀 386
15.6.3 通過3D模式定義板形狀 387
15.6.4 PCB板中間掏空的設計 388
15.7 PCB疊層設置 388
15.7.1 柔性電路制造技術的發展 389
15.7.2 打開疊層管理器 390
15.7.3 添加/刪除多個層堆疊 391
15.7.4 添加/刪除疊層 392
15.7.5 更改疊層順序 394
15.7.6 編輯疊層屬性 395
15.7.7 層設置 395
15.7.8 鉆孔對 396
15.7.9 內部電源層 396
15.8 PCB面板的使用 398
15.8.1 PCB面板 398
15.8.2 PCB規則和沖突 398
15.9 PCB設計規則 399
15.9.1 添加設計規則 399
15.9.2 如何檢查規則 401
15.9.3 規則應用場合 403
15.10 PCB高級繪圖對象 405
15.10.1 對象類 405
15.10.2 房間 407
15.11 運行設計規則檢查 411
15.11.1 設計規則檢查報告 411
15.11.2 定位設計規則沖突 412
第 章 Altium Designer PCB圖繪制實例操作 414
16.1 PCB板形狀和尺寸設置 414
16.1.1 定義PCB形狀 414
16.1.2 定義PCB的邊界 415
16.2 PCB布局設計 416
16.2.1 PCB布局規則的設置 416
16.2.2 PCB布局原則 416
16.2.3 PCB布局中的其他操作 417
16.3 PCB布線設計 418
16.3.1 交互布線線寬和過孔大小的設置 419
16.3.2 交互布線線寬和過孔大小規則設置 420
16.3.3 處理交互布線沖突 421
16.3.4 其他交互布線選項 422
16.3.5 交互多布線 424
16.3.6 交互差分對布線 424
16.3.7 交互布線長度對齊 427
16.3.8 自動布線 429
16.3.9 布線中淚滴的處理 433
16.3.10 布線阻抗控制 434
16.3.11 設計中關鍵布線策略 435
16.4 測試點系統設計 441
16.4.1 測試點策略的考慮 442
16.4.2 焊盤和過孔測試點支持 442
16.4.3 測試點設計規則設置 443
16.4.4 測試點管理 445
16.4.5 檢查測試點的有效性 446
16.4.6 測試點相關查詢字段 446
16.4.7 生成測試點報告 447
16.5 PCB覆銅設計 449
16.6 PCB設計檢查 452
第 章 Altium Designer生成加工PCB的相關文件 457
17.1 生成和配置輸出工作文件 457
17.1.1 生成輸出工作文件 457
17.2.2 設置打印工作選項 458
17.2 生成CAM文件 460
17.2.1 生成料單文件 461
17.2.2 生成光繪文件 462
17.2.3 生成鉆孔文件 465
17.2.4 生成貼片機文件 466
17.3 生成PDF格式文件 467
17.4 CAM編輯器 467
17.4.1 導入數據設置 468
17.4.2 導入/導出CAM文件 470
17.5 生成和打印3D視圖 473
17.5.1 生成3D視圖 473
17.5.2 打印3D視圖 474
第5篇　基於單片機的嵌入式設計
第 章 Altium Designer 8051單片機應用開發 479
18.1 實現簡單的8051嵌入式應用開發 479
18.1.1 建立新的設計工程 479
18.1.2 添加新的設計文件 479
18.1.3 設置工程屬性 481
18.1.4 編譯並下載設計 482
18.2 實現帶有中斷的8051嵌入式應用開發 484
18.2.1 建立新的設計工程 484
18.2.2 添加新的設計文件 484
18.2.3 設置工程屬性 485
18.2.4 編譯並下載設計 485
18.3 8051軟件仿真環境的使用 486
18.3.1 建立新的設計工程 486
18.3.2 添加新的設計文件 486
18.3.3 設置工程屬性 487
18.3.4 進入調試器界面 487
18.3.5 查看變量的值和存儲位置 488
18.3.6 查看存儲器的內容 490
18.3.7 查看寄存器的內容 491
18.3.8 查看Debug Console內容 492
18.4 實現包含定時器3的8051嵌入式應用開發 492
18.4.1 建立新的設計工程 493
18.4.2 添加新的設計文件 493
18.4.3 設置工程屬性 494
18.4.4 編譯並下載設計 494
18.5 實現包含ADC模塊的8051嵌入式應用開發 495
18.5.1 建立新的設計工程 496
18.5.2 添加新的設計文件 496
18.5.3 設置工程屬性 500
18.5.4 編譯並下載設計 501
附錄A 第14章設計的原理圖 503
附錄B 第16章設計的PCB圖 511
附錄C STC單片機開發板原理圖 512