Allegro 16.6 教程：从入门到精通

Allegro 是 Cadence 公司推出的业界领先的 PCB 设计软件，功能强大，广泛应用于高速、高密度、复杂电路板的设计，本教程将以 Allegro 16.6 为蓝本,系统性地介绍其使用方法。

第一部分：Allegro 基础入门

1 认识 Allegro 界面

启动 Allegro 后，您会看到一个复杂的界面，别担心,我们来逐一分解：

• 菜单栏: 位于顶部，包含了所有命令的入口，如 File (文件), Edit (编辑), View (视图), Setup (设置), Route (布线), Manufacture (制造) 等。
• 工具栏: 位于菜单栏下方，是常用命令的快捷方式图标，如新建、打开、保存、缩放、选择等。
• 绘图区: 中间最大的区域，是您进行 PCB 设计的主战场。
• 状态栏: 位于最底部，显示当前鼠标坐标、正在执行的命令、以及一些辅助信息。
• 命令窗口: 位于右侧，是 Allegro 的核心交互区域，您可以在这里输入命令的缩写（如 L 代表 LINE）来执行操作,同时也会显示命令的提示信息。
• 设计浏览器: 位于左侧，以树状结构显示整个设计的层级，包括板框、元件、网络、约束规则等,这是管理设计的核心工具。

小技巧： 鼠标右键在 Allegro 中非常重要,它会根据当前上下文弹出最相关的命令菜单。

2 基本操作

• 视图控制:
  • 缩放: 使用鼠标滚轮，或输入 Z 命令后按 E (放大) 或 D (缩小)。
  • 平移: 按住鼠标中键拖动。
  • 全屏显示: 输入 V 命令，然后按 F (Fit)。
  • 显示元素: 输入 D 命令，然后选择要显示或隐藏的对象类型（如 SILKSCREEN_TOP）。
• 选择对象:
  • 选择: 点击工具栏的“选择”图标（箭头）,或直接点击对象。
  • 选择网络: 输入 W 命令，然后点击网络上的任何一段走线或焊盘,整个高亮网络都会被选中。
  • 取消选择: 在空白处点击一下，或输入 UNSELECT 命令。

第二部分：PCB 设计完整流程

一个完整的 PCB 设计流程通常包括以下步骤：

1. 项目创建与设置
2. 导入网表与布局
3. 布线
4. 覆铜
5. 设计验证
6. 输出制造文件

步骤 1：项目创建与设置

这是所有工作的第一步,目的是建立一个规范的设计环境。

1. 新建项目:

   • File -> New -> Job。
   • 在弹出的对话框中，选择一个模板（如果没有，使用默认的 default.olb）。
   • 在 Drawing Name 中输入您的项目名，如 my_board.brd。
   • 点击 OK。

2. 设置设计参数:

   • Setup -> Design Parameters。
   • 在 Drawing 选项卡中，设置单位（通常为 Mils 或 Millimeters）、栅格大小、线宽、过孔尺寸等默认值。
   • 在 Grids 选项卡中，可以设置主栅格和次栅格。布线时，栅格一定要设置为 2 的倍数,以确保走线能对齐到焊盘中心。

3. 创建板框:

   • Setup -> Areas -> Board Outline。
   • 在命令窗口输入 LINE 或 RECTANGLE 命令，绘制您的 PCB 外形。
   • 重要： 确保板框是 BOARD GEOMETRY 类型的 outline 子层。

步骤 2：导入网表与布局

这一步是将原理图的电气连接关系导入到 PCB 中,并进行元件的物理摆放。

1. 创建封装库:

   • 在 Allegro 中，元件的物理外形称为“封装”。
   • 您需要先创建或准备好所有元件的封装，并将其保存在一个 .dra 和 .brd 文件中。
   • File -> New -> Library 创建新库，File -> New -> Symbol 创建新封装。

2. 导入网表:

   • File -> Import -> Logic。
   • 选择您的网表文件（通常是 .brd 或 .net 格式）。
   • Allegro 会自动创建元件和飞线（表示网络连接的线）。

3. 元件布局:

   • 目标: 按照电路功能模块进行摆放，尽量缩短高速信号的路径，考虑散热、接口位置、结构限制等因素。
   • 操作:
     • 使用 MOVE 命令移动元件。
     • 使用 ROTATE 命令旋转元件。
     • 使用 GROUP 命令将相关元件编组,方便整体移动。
   • 小技巧: 打开 Visibility 设置，只显示 Silkscreen, Assembly, Ref Des 和 Rats,这样布局时视野更清晰。

步骤 3：布线

这是将飞线变成实际铜箔走线的核心步骤。

1. 设置设计规则:

   • Setup -> Constraints -> Spacing。
   • 在这里设置线与线、线与过孔、过孔与过孔之间的安全间距。
   • Setup -> Constraints -> Physical。
   • 在这里设置线宽、过孔尺寸，可以为不同的网络（如电源、地、高速信号）设置不同的规则。

2. 手动布线:

   • 选择要布线的网络（点击飞线或输入 W 命令）。
   • 输入 ROUTE 命令,或点击工具栏的布线图标。
   • 点击起始焊盘，移动鼠标，Allegro 会自动吸附到栅格上，点击鼠标左键放置拐点,到达终点后点击右键完成布线。
   • 动态布线: Allegro 16.6 的动态布线功能非常强大，可以在布线过程中实时推挤其他走线,自动避让。
   • 差分对布线: 对于 USB, LVDS 等差分信号，使用 ROUTE -> DIFFERIAL PAIR 命令，可以同时布设两条等长、等距的走线。

3. 添加泪滴:

   • 为了增加焊盘与走线的连接强度，防止制造或焊接时断裂,需要添加泪滴。
   • Setup -> Teardrop -> Global。
   • 选择要添加泪滴的走线和过孔，点击 Add All。

步骤 4：覆铜

覆铜（或称平面层分割）主要用于电源和地平面,提供稳定的电流和低阻抗的回流路径。

1. 创建平面层:

   • 在 Setup -> Layers 中，确保您有 PLANE 类型的层（如 GND, VCC）。
   • 切换到要覆铜的平面层（在 Display -> Color/Visibility 中设置该层可见）。

2. 分割平面:

   • Shape -> Split。
   • 使用 LINE 命令绘制分割线，将一个平面层分割成多个独立的区域（将 GND 和 VCC 分开）。

3. 覆铜:

   • Shape -> Manual Shape -> Rectangular (或 Polygonal)。
   • 绘制一个覆盖整个区域的铜皮。
   • Shape -> Global Dynamic Shape。
   • 在弹出的对话框中，选择要连接的网络（如 GND），设置间距和连接类型（连接方式通常选择 Direct Connect 或 Relief Connect）。
   • 点击 Add All，Allegro 会自动将所有焊盘连接到对应的铜皮上。

步骤 5：设计验证

在输出文件前，必须进行设计检查,确保没有错误。

1. 电气规则检查:

   • Analysis -> Electrical Rule Check。
   • 在 ERC 对话框中，选择要检查的项目（如间距、开路、短路等）。
   • 点击 Check，Allegro 会生成一个报告，并在设计浏览器中高亮显示所有错误。必须修复所有错误才能继续。

2. 设计规则检查:

   • Analysis -> Drafting Check。
   • 检查丝印、阻焊层等制造相关的设计是否符合规范。

步骤 6：输出制造文件

这是将您的设计数据交给 PCB 厂家进行生产的最后一步。

1. 生成 Gerber 文件:

   • File -> Export -> Gerbers。
   • 在 Gerber Setup 对话框中：
     • Format: 选择 274X (行业标准)。
     • Units: 选择 Mils 或 Millimeters。
     • 在 Layers 选项卡中，勾选所有需要的层，包括：
       • 铜层 (Copper Layers)
       • 丝印层 (Silkscreen Top/Bottom)
       • 阻焊层 (Soldermask Top/Bottom)
       • 钻孔层 (Drill Drawing)
       • 板框层 (Board Outline)
     • Apertures: 选择 Embedded (现代标准)。
   • 点击 Export，生成 .gbr 文件。

2. 生成钻孔文件:

   • File -> Export -> NC Drill。
   • 设置单位和格式，生成 .drl 文件。

3. 生成物料清单:

   • Tools -> Bill of Materials。
   • 选择输出格式（如 CSV），生成 BOM 文件。

第三部分：Allegro 进阶技巧

• 约束驱动布局: 在布局前就定义好高速信号的等长、差分、拓扑等规则，布局和布线时 Allegro 会自动进行约束检查。
• 交互式长度/间距: 在布线时,可以实时监控和调整走线长度以满足时序要求。
• 扇出: 对于 BGA 等密集封装，使用 Route -> Fanout 命令可以自动将焊盘扇出到内层,方便布线。
• 背钻: 对于高速设计，可以通过 Manufacture -> Backdrill 功能移除过孔中不需要的 stub,改善信号质量。

学习资源推荐

1. 官方文档: Cadence 官网提供最权威的帮助文档和教程。
2. 视频教程: 在 YouTube、Bilibili 等视频网站上搜索 "Allegro 16.6 tutorial",有大量中文和英文的实战视频。
3. 书籍: 《高速 PCB 设计实战指南》、《Cadence Allegro 16.6 完全学习手册》等书籍可以提供系统性的知识。
4. 社区论坛: 在 CSDN、EDA365、Reddit 的 r/PCBDesign 等社区，您可以提问、分享经验,学习他人的设计案例。

学习 Allegro 16.6 需要耐心和实践，建议您从一个简单的双面板项目开始，逐步熟悉上述流程，遇到问题时，多利用 Allegro 强大的联机帮助和设计浏览器，掌握 Allegro 将为您打开专业 PCB 设计的大门,祝您学习顺利！