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从零开始用 Altium Designer 设计一块双层板：STM32最小系统实战全记录

你是不是也曾经打开过 Altium Designer，面对密密麻麻的菜单和面板，不知道从哪里下手？
原理图画到一半，PCB 导入却报错；布线时走着走着就“堵死”了；DRC 满屏飘红，根本不知道问题出在哪……

别急。今天我们就来手把手带你完成一次完整的双层 PCB 设计流程——不跳步骤、不甩术语，只讲你真正需要知道的那些“坑”和“窍门”。

我们以一个经典的入门项目为例：设计一块基于 STM32F103C8T6 的最小系统板（也就是常说的“蓝 pill”核心板）。它结构清晰、功能完整，非常适合新手练手，也是无数嵌入式项目的起点。

通过这个案例，你会明白：

• 原理图到底该怎么画才不会出错？
• 元件布局有哪些“黄金法则”？
• 双层板怎么布线才能又快又干净？
• DRC 报错怎么一步步排查？
• 最终如何生成工厂能生产的文件？

更重要的是，你会建立起一套完整的工程化思维：从想法到实物，中间每一步都不能含糊。

一、先搞清楚你要做什么：系统架构与元器件清单

在动鼠标之前，先动脑。

我们要做的这块板子虽然小，但五脏俱全。它的主要任务是让 STM32 芯片稳定运行，并具备基本的供电、复位、时钟和程序下载能力。

核心模块组成如下：

这些信息不需要记下来，但在后续设计中会反复用到。比如你知道晶振必须靠近芯片放置，那你在布局时就会有意识地预留空间。

💡小贴士：如果你找不到某个元件的封装或库文件，推荐使用 Ultra Librarian 或 SnapEDA 在线搜索并导出 Altium 格式模型，省时又准确。

二、第一步：创建工程 & 画原理图

Altium Designer 是“工程驱动”的，这意味着所有文件都属于同一个.PrjPcb工程容器。这是整个设计的“根目录”。

1. 新建工程

• 打开 AD，选择File → New → Project
• 类型选PCB Project，命名为STM32_Minimal.PrjPcb
• 右键点击工程 →Add New to Project → Schematic，添加一张新原理图，重命名为Main.SchDoc

2. 添加常用库（可选）

虽然现在很多集成库已经内置，但为了保险起见：
- 进入Design → Manage Project Items → Search Providers，确保已启用Manufacturer Part Search
- 或手动加载 ST 官方提供的 STM32 元件库（如果有）

不过对于本项目中的通用元件（电阻、电容、稳压器等），可以直接使用软件自带的Miscellaneous Devices.IntLib

3. 开始画原理图

放置关键元件：

• 搜索STM32F103C8T6—— 如果没有，可以先放一个普通 MCU 符号，后期替换封装
• 放置AMS1117-3.3（可在库中搜 “AMS1117”）
• 添加多个CAP（电容）、RES（电阻）、CRYSTAL（晶振）

连接电气关系：

• 使用Wire（快捷键P+W）连接引脚
• 使用Net Label（快捷键P+N）标记重要网络，如VCC_3V3、GND、RESET、BOOT0
• 使用Power Port（快捷键P+O）接入电源符号，例如 GND 和 VCC

⚠️ 注意：不要混用 Wire 和 Bus！初学者常犯错误是用 Bus 当 Wire 用，导致网络不通。

关键技巧：

• 给每个元件加上Footprint 属性：右键元件 → Properties → Footprint，设置对应的封装（如电阻用R0805，电容用C0805）
• 设置Designator自动递增（R1, R2… C1, C2…）
• 对于未使用的引脚（如某些 NC 引脚），明确标注No ERC避免 ERC 报警

4. 编译工程 & 电气规则检查（ERC）

这一步至关重要！

• 点击Project → Compile PCB Project STM32_Minimal.PrjPcb
• 查看下方Messages面板：
• 是否有 “Unconnected Pin”？
• 是否有重复的网络名？
• 是否存在悬浮的标签？

常见问题举例：
- 忘记给 GND 接上 Power Port → 报错：“GND has no driving source”
- 晶振负端没接地 → 实际应该通过两个负载电容接地，而不是悬空

解决所有 ERC 错误后，你的原理图才算“合法”，才能安全导入 PCB。

三、第二步：转入 PCB，开始物理实现

现在进入真正的战场：把抽象的电路变成看得见摸得着的线路板。

1. 创建 PCB 文件

• 在工程中右键 →Add New to Project → PCB，命名为Board.PcbDoc
• 打开该文件，你会看到一片空白画布

2. 定义板框尺寸

• 切换到Keep-Out Layer（禁止布线层）
• 使用Place → Line工具画一个矩形边界，比如 50mm × 30mm
• 选中四条边 → 右键 →Convert Selected Primitives to Board Shape，自动裁剪板形

3. 设置层叠结构（Layer Stack）

• Design → Layer Stack Manager
• 默认已经是双层板（Top Layer / Bottom Layer），介质厚度设为 1.6mm FR-4 材料即可

4. 导入网络表（Update PCB）

• 回到原理图界面，执行Design → Update PCB Document Board.PcbDoc
• 弹出对话框中确认所有元件和网络都被正确识别
• 点击 Execute，所有元件将以“堆叠”形式出现在 PCB 视窗外侧

此时你会发现：所有元件都在外面飘着，还没进板子。

5. 将元件导入板内

• 切换到 PCB 文件，按Ctrl+End显示所有对象
• 用鼠标框选全部元件 → 拖入板框内部
• 此时它们还乱七八糟，接下来就是布局的艺术了

四、第三步：合理布局——决定成败的第一步

很多新手以为布线最难，其实布局才是最关键的一步。好的布局能让布线事半功倍；坏的布局会让你越走越窄，最后不得不推倒重来。

布局基本原则（记住这几点就够了）：

实操建议：

• 先固定 MCU 位置（居中偏上）
• 把 8MHz 晶振放在其左侧，两个 22pF 电容紧挨着放
• 四个去耦电容分别靠近 VDD1~VDD4 和 VSS1~VSS4
• AMS1117 放在右侧边缘，VIN/VOUT 方向朝外
• RESET 按键和电路上方集中布置

布局完成后，整体看起来应该像一张“星型拓扑图”：MCU 在中心，各功能模块呈放射状分布。

四、第四步：布线策略与实战技巧

终于到了激动人心的布线环节。Altium 的交互式布线工具非常强大，但也容易“翻车”。掌握几个核心技巧，让你少走弯路。

1. 设置设计规则（Design Rules）

这是很多人忽略的关键一步！

进入Design → Rules，重点配置以下几项：

➤ 安全间距（Clearance）

• Rule Name:Default
• Scope: All
• Minimum Clearance =10mil（适用于一般制板厂）

➤ 线宽（Width）

• 新建规则，Scope 设为InNet('GND')→ Width =20mil
• 再建一条针对InNet('VCC_3V3')→ Width =15mil
• 其余信号线保持默认 10mil

✅ 提示：GND 和电源线要粗！至少是普通信号线的两倍宽。

➤ 禁止短路（Short-Circuit）

• 确保Routing → Short-Circuit规则启用 → 否则会允许不同网络短接！

设置完后，这些规则将在布线过程中实时生效——红线表示违规，绿色表示合规。

2. 开始交互式布线（Interactive Routing）

快捷键：P + T

布线顺序建议：

1. 先布GND 网络：利用底层大面积走线，形成“地回路”
2. 再布电源线（VCC_3V3）：从 AMS1117 输出端出发，连接各个去耦电容
3. 接着处理关键信号：RESET、BOOT0、SWD 接口
4. 最后搞定晶振线路：必须对称、等长、远离干扰源

关键技巧：

• 使用Tab 键在布线前修改当前线段属性（宽度、层切换）
• 按 *** 键** 快速切换到另一层（自动插入 Via）
• 按Shift+Space切换布线拐角模式（90°、45°、圆弧）
• 双击已完成的走线可查看所属网络名称

🛠️经验之谈：晶振走线尽量走顶层，长度控制在 1cm 以内，两边走线等长，下方禁止走其他信号线（尤其是数字信号）！

五、第五步：覆铜、泪滴与最终检查

做完布线并不代表结束。还有三项收尾工作必不可少。

1. 铺铜（Polygon Pour）——打造完整地平面

作用：降低阻抗、提高抗干扰能力、辅助散热。

操作步骤：
- 选择Place → Polygon Pour
- Layer 选Bottom Layer
- Net 选择GND
- Fill Mode 选Solid
- 设置与周围对象的间距（Gap）=10mil
- 点击 OK，在板子轮廓内点击一次完成绘制

✅ 完成后右键 →Repour Selected更新铺铜

你会发现底层大部分变成了绿色铜皮（取决于显示颜色），并且所有 GND 焊盘都通过“十字花”方式连接。

💡 为什么是“十字花”？为了避免手工焊接时因大面积铜皮吸热导致虚焊。

2. 添加泪滴（Teardrops）——增强机械强度

防止焊盘在多次插拔或振动中脱落。

操作：
-Tools → Teardrops
- 勾选Add to Pads和Add to Vias
- 选择Track to Pad和Via to Track
- 点击 OK 批量添加

效果：走线与焊盘/过孔之间出现平滑过渡的“水滴状”连接。

3. 运行 DRC（Design Rule Check）

这是投板前的最后一道关卡。

• Tools → Design Rule Check
• 勾选Run Design Rule Check
• 查看 Report 中是否有错误（Errors）或警告（Warnings）

常见问题及解决方案：

逐条修复，直到 DRC 显示0 Errors, 0 Warnings。

六、第六步：输出生产文件——让工厂能做出来

终于到了交付时刻。你需要给 PCB 工厂提供一组标准文件包。

输出内容清单：

Gerber 设置要点：

• Format:2:5（精度足够）
• Units:Inches
• Layers: 勾选 Top Layer, Bottom Layer, Top Silkscreen, Bottom Silkscreen, Top Solder Mask, Bottom Solder Mask, Keep-Out Layer
• Advanced: 选择RS-274X格式（支持嵌入 aperture 信息，推荐）

生成后会得到一个包含多个.gbr文件的文件夹，打包发给嘉立创、华秋、捷多邦等厂商即可打样。

✅ 建议同时导出 PDF 版装配图，方便自己核对元件位置。

七、那些你一定会遇到的问题 & 应对策略

❓ 问题1：晶振不起振怎么办？

即使原理正确，也可能无法起振。

可能原因：
- 晶振距离 MCU 太远
- 走线下方有其他信号穿越，引入噪声
- 负载电容取值不准（应为 22pF ±5%）
- 没有做好地平面隔离

解决办法：
- 将晶振及其电容整体挪近 MCU
- 在晶振周围用地线包围（Guard Ring），仅一点接地
- 禁止在其正下方走任何信号线（尤其是数字信号）
- 检查 BOOT0 是否被误拉高

❓ 问题2：AMS1117 发烫严重？

线性稳压效率低，压差大时发热明显。

优化方案：
- 增加顶层铜皮面积帮助散热
- 在元件焊盘下添加多个 Thermal Via（导热过孔）连接到底层 GND 铜皮
- 若输入电压较高（如 12V→3.3V），建议改用DC-DC 模块（如 MP1584）

❓ 问题3：DRC 总是报间距错误？

有时候明明看着没挨着，还是报警。

排查方法：
- 使用 Filter 面板筛选IsTrack && InNet('GND')查看是否某根底线太近
- 检查丝印层是否有字符压到焊盘
- 查看是否有隐藏的对象（如多余的图形或多层文本）

🔍 技巧：在 DRC 报告中双击错误项，软件会自动高亮对应位置。

八、写在最后：从一块板子学到的设计哲学

做完这块 STM32 最小系统板，你收获的不仅是几张 Gerber 文件，更是一套完整的电子开发思维体系：

• 功能实现只是起点，可制造性（DFM）、可测试性（DFT）、电磁兼容（EMC）才是真正考验工程师的地方。
• 规则不是束缚，而是保护伞。正是因为有了设计规则，你才能在复杂布线中始终保持合规。
• 自动化不可怕。Altium 支持脚本和 API（如前面提到的 Python COM 控制），未来你可以编写工具批量处理封装、生成测试点、自动标注版本号……这才是高手之路。

下一步你可以尝试：

• 把这块板子升级成四层板，加入完整的电源平面（Power Plane）和地平面（Ground Plane）
• 使用AD 的 3D 视图功能（3D Layout Mode）检查是否与外壳干涉
• 结合SIMetrix/Simulink做简单的电源仿真
• 将 BOM 导出对接立创商城、LCSC实现一键采购

如果你动手完成了这个项目，欢迎在评论区晒出你的 PCB 截图！
有任何疑问也可以留言交流——我们一起把每一块板子都做得更好。