So wandeln Sie mit Altium Designer einen Schaltplan in ein PCB-Layout um

Sie haben wie immer hervorragende Arbeit beim Erstellen des Schaltplans für Ihre Leiterplatte geleistet. Die Schaltung selbst ist schon definiert und Sie können zum PCB-Layout übergehen. Aber diesmal ist es ein bisschen anders. Vielleicht stehen Ihre regulären Layout-Ressourcen gerade nicht zur Verfügung, oder aber Sie möchten das erste Mal ein Layout selber erstellen. Was auch immer der Grund ist, Sie sind in jedem Fall bereit, mit der Arbeit an der Leiterplattenseite des PCB-Designs zu beginnen. Sie sind sich allerdings nicht ganz sicher, wie Sie diese aus einem PCB-Schaltplan in Altium Designer erstellen können.

Glücklicherweise ist der nächste Schritt in Altium Designer recht einfach. Zum besseren Verständnis, werfen wir hier einmal einen Blick auf einen sehr einfachen PCB-Schaltplan. Dabei schauen wir uns vor allem genauer an, was im Einzelnen zu tun ist, um den Schaltplan mit einem brandneuen PCB-Design zu synchronisieren. Dieses vereinfachte Design wird vermutlich kaum mit den Schaltplänen vergleichbar sein, an denen Sie gerade arbeiten. Trotz allem hilft es uns das Vorgehen zu veranschaulichen, denn die grundlegenden Schritte der Datenübertragung vom Schaltplan zur Leiterplatte sind dieselben. Das Erstellen eines PCB-Layouts aus einem PCB-Schaltplan muss dabei gar nicht schwierig sein. Unser Altium Designer, als All-in-One-Konverter, ist zudem eine große Hilfe bei der Konvertierung von Schaltplan zu PCB-Design.

Wie man in Altium Designer einen Schaltplan in ein PCB-Layout konvertiert

Der Prozess zur Konvertierung eines Schaltplans in ein PCB-Layout in Altium Designer erfolgt in drei einfachen Schritten:

• Schritt 1: Vorbereiten der Synchronisation des Designs

• Schritt 2: Verwenden Sie den Schaltplan-Editor, um Designdaten auf eine Leiterplatte zu importieren

• Schritt 3: Definieren Sie Ihren Lagenaufbau

Der erste Schritt dient dazu, den Schaltplan auf Verstöße hinsichtlich Ihrer Designregeln zu überprüfen; insbesondere hinsichtlich solcher, die verhindern, dass Ihr Schaltplan und PCB-Layout korrekt miteinander synchronisiert werden. Sobald Ihr PCB-Layout konfiguriert ist, stellt dieser erste Synchronisierungsschritt sicher, dass jede spätere Änderung des Schaltplans auch entsprechend richtig in das PCB-Layout importiert wird. Im zweiten Schritt wird die Leiterplatte mithilfe des Schaltplan-Editors in ein leeres PCB-Layout importiert. Dazu müssen Sie in Ihrem aktuellen Projekt zunächst eine neue PCB-Datei erstellen, bevor Sie dann mit Hilfe des Schaltplan-Editors die Footprints für Ihre Komponenten in Ihre neue Leiterplatte importieren können. Im dritten Schritt definieren Sie schließlich den Lagenaufbau für Ihre neue Leiterplatte. Nachdem Sie diese drei Schritte abgeschlossen haben, können Sie nun damit beginnen, die Komponenten nach Belieben anzuordnen und Leiterbahnen zwischen ihnen zu routen.

Kann man in Altium Designer eine vorhandene Schaltplandatei auf eine neue Leiterplatte importieren?

Die Antwort lautet: Ja! Wenn Ihnen eine Schaltplandatei aus einem anderen Projekt vorliegt und Sie diesen Schaltplan auf eine neue Leiterplatte importieren möchten, können Sie die vorhandene Schaltplandatei einfach zu einem neuen Projekt hinzufügen, indem Sie die drei obigen Schritte ausführen. Sie müssen den Schaltplan also nicht erst neu erstellen. Wenn Sie einen vorhandenen Schaltplan in ein neues Layout in Altium Designer importieren möchten, sollten Sie aber unbedingt einige unserer Best Practices für die Wiederverwendung von Designs beachten. Lesen Sie in diesem Artikel mehr über die Wiederverwendung von Designs.

Sollten Sie einmal beschließen, dass Sie ein Design erneut verwenden und einen vorhandenen Schaltplan auf eine neue Leiterplatte importieren möchten, gilt es zuerst sicherzustellen, dass Sie entsprechende Bibliotheken für Ihre PCB-Schaltplansymbole und Footprints für Ihre Bauteile angelegt haben. Dies ist besonders dann wichtig, wenn Sie spezielle Komponenten verwenden, die nicht im Standardsatz der Komponentenbibliotheken von Altium Designer enthalten sind. Dies ist aber auch relevant, wenn Sie einen PCB-Schaltplan wiederverwenden möchten, der ursprünglich von einem anderen PCB-Designer erstellt wurde.

Was können Sie von einem PCB-Layout-Editor erwarten?

Leiterplatten. Schaltungen. Noch mehr Leiterplatten. Überall Spuren und gelegentlich fliegende Affen. Okay, vielleicht passt eines davon nicht hierhin.

In Wirklichkeit gibt es vor allem eine Sache, die Sie beachten sollten, wenn Sie vorhaben, einen Schaltplan in ein PCB-Layout umzuwandeln. Und zwar, dass Sie umfänglich Zugang haben, sowohl zu Komponenten und Funktionen für die Komponentenplatzierung als auch zu Leiterbahnen und Leiterbahnverlegung für die Kupferplatzierung. Wenn diese ersten Anforderungen erfüllt sind, benötigen Sie im nächsten Schritt Zugriff auf Leiterplattenansichten und Dateiausgaben, wie etwa PCB-Footprints, Gerber-Dateien und 3D-Modellierung.

Idealerweise wandeln Sie einen Schaltplan direkt mit Ihrem Schaltplan-Editor in eine Leiterplatte um und übersetzen ihn so problemlos in ein fertiges Layout. Anschließend können Sie dann Ihre PCB-Designdateien für die Fertigung optimieren, indem Sie Ihre Bauteile, Kupfereinstellungen, Interventionen des ECAD/MCAD-Designteams und Einkaufsanforderungen entsprechend anpassen.

Als Teil dieses Prozesses enthält Altium Designer mehrere wichtige Design-Features, die Ihnen dabei helfen, ein fehlerfreies PCB-Design aus einem Schaltplan zu erstellen. Darüber hinaus können Sie das Altium-Designer-Layout schnell anhand Ihrer Designregeln und -beschränkungen überprüfen, Ihren Lagenaufbau einfach definieren, Simulationen Ihres Designs ausführen und vieles mehr. Die integrierten Design-Tools von Altium Designer sorgen dafür, dass Ihr PCB-Schaltplan und Ihr Layout stets synchronisiert bleiben, ohne dass ein externes Programm für die Schaltplanerfassung verwendet werden muss. So lässt sich auch der Prozess vom PCB-Schaltplan zur Leiterplatte effizient gestalten.

Sehen Sie sich dieses Video zu den wichtigsten Grundlagen an, um einen ersten Einblick zu bekommen, wie Sie mit Altium Designer schnell und einfach eine Leiterplatte aus einem Schaltplan erstellen: 

Schauen wir uns nun an, wie man in Altium Designer einen Schaltplan auf eine Leiterplatte importiert:

Schritt 1: Vorbereiten der Synchronisation des Designs

Zuerst sollten Sie Ihren PCB-Schaltplan noch einmal final überprüfen, um sicherzustellen, dass er bereit für das Layout ist. Das bedeutet natürlich nicht, dass Sie mit dem Front-End-Entwurf und der Schaltplanerfassung fertig sind - höchstwahrscheinlich wird es noch viele Änderungen geben, bevor Sie mit der eigentlichen Fertigung beginnen können. Aber Sie möchten trotzdem hier schon sicherstellen, dass es keine Überraschungen im Layout geben wird. Suchen Sie dazu nach doppelten Schaltungen wie vergessenen Kopien oder Komponenten, die eigentlich schon gelöscht worden sein sollten usw.

Lassen Sie uns also zunächst sicherstellen, dass der Schaltplan soweit in Ordnung ist. Dies können wir mit Hilfe des Prüfprozesses im PCB-Schaltplaneditor von Altium Designer durchführen. Dazu müssen wir den Schaltplan zunächst zusammenstellen, wobei alle internen Details des Designs generiert werden - z. B. die Verbindungszuordnung zwischen Komponenten und Netzen. Während das Design zusammengestellt wird, erfolgt gleichzeitig eine Vielzahl verschiedener Prüfungen, um die Übereinstimmung des PCB-Schaltplans mit den Designregeln zu verifizieren. Bevor wir den Schaltplan aber zusammenstellen, sollten wir folglich erst einmal einen Blick auf die Einstellung dieser Regeln werfen. Dies tun wir, indem wir den Befehl „Projekt > Projektoptionen” im Pulldown-Menü aufrufen.

Einstellungen für Projektoptionen in Altium Designer

In der obigen Abbildung sehen Sie eine Zusammenstellung der ersten vier Registerkarten des Dialogfelds "Optionen". Zunächst haben Sie hier die Möglichkeit zu bestimmen, welche Fehler Sie sich genauer ansehen wollen und wie diese gemeldet werden sollen. Als Nächstes können Sie steuern, welche Pin-Typen miteinander verbunden werden dürfen. Dem folgt die dritte Registerkarte, welche Sie zur Konfiguration von Netzklassen und Komponenten verwenden können. Zuletzt sehen Sie die Registerkarte mit den Einstellungen für den Komparator.

Diese Registerkarte steuert wie Unterschiede zwischen Schaltplan und Layout der Leiterplatte gemeldet werden. Sie ist besonders dann wichtig, wenn Sie eigene Designregeln zu Ihrer Leiterplatte hinzufügen wollen. Zumeist werden Sie hier nicht viele Änderungen vornehmen, weitere Details zur Konfiguration finden Sie bei Bedarf in der Dokumentation von Altium Designer.

Jetzt können Sie den Schaltplan für Ihr PCB-Dokument erstellen. Um das Erstellungstool (Compiler) zu aktivieren, klicken Sie einfach auf das Pulldown-Menü und wählen den Befehl „Project > Compile PCB Project…” aus. Wenn Ihr Design fehlerfrei ist, gibt Ihre PCB-Schaltplandesign-Sitzung auch keine Meldungen zurück.

Um Ihnen zu zeigen, wie eine Fehlermeldung aussehen kann, haben wir im Bild unten einen Teil des Netzes entfernt, das R1 mit Q1 verbindet, und dann den Compiler ausgeführt. Wie Sie sehen können, meldet uns Altium Designer entsprechend zurück, dass das Netz „NetC1_1” nur einen Pin aufweist. Nachdem ich das Netz wieder angeschlossen habe, läuft der Compiler ohne Fehlermeldung durch, wie von uns gewünscht.

Compiler-Bericht eines Designfehlers

Schritt 2: Verwenden Sie den Schaltplan-Editor, um Designdaten auf eine Leiterplatte zu importieren

Jetzt sind wir endlich soweit, den Schaltplan in ein PCB-Layout zu konvertieren. Zuerst brauchen wir eine Leiterplatte, auf die wir ihn übertragen können. Klicken Sie hierzu mit der rechten Maustaste auf das Projekt und wählen Sie „Neu zum Projekt hinzufügen > PCB” aus (wie im Bild unten dargestellt). Dadurch wird ein PCB-Objekt in Ihrem Projektbaum erstellt. Sobald dieses Objekt vorliegt, klicken Sie mit der rechten Maustaste darauf und speichern es unter einem neuen Namen. In meinem Fall habe ich es unter dem gleichen Namen wie mein Schaltplanobjekt selbst gespeichert.

Hinzufügen eines neuen PCB-Objekts zum Projekt in Altium Designer

Nachdem Sie das PCB-Objekt erstellt haben, sollten Sie sich nun etwas Zeit nehmen und es so konfigurieren, wie es für Ihre Layoutarbeit am besten passt. Zuerst sollten Sie ein für Ihr Projekt geeignetes Raster einrichten sowie den Ursprung des Leiterplattenlayouts festlegen. Die Menübefehle dazu finden Sie in den Pulldown-Menüs, einmal unter „Ansicht > Raster” und für den zweiten Befehl unter „Bearbeiten > Ursprung”. Sie sollten auch den Umriss der Leiterplatte bearbeiten oder neu erstellen, damit er auch die Größe und Form hat, die Sie spezifisch für Ihr Projekt benötigen. Um den Umriss zu ändern, müssen Sie zunächst die Leiterplattenansicht im Pulldown-Menü „Ansicht” wechseln - von 2D auf Leiterplatten-Planungsmodus. Mittels der Bearbeitungstools im Pulldown-Menü „Design” kann dann der Umriss nach Belieben angepasst werden.

Jetzt können Sie Ihre Designdaten aus dem Schaltplan in das PCB-Design übertragen. In Altium sind sowohl Schaltplan- als auch PCB-Editor ein Teil desselben Programmes. Schon im Hauptmenü ist die Option „Schaltplan-zu-PCB-Konverter” aufgeführt. Wählen Sie hierzu im oberen Menü des PCB-Editors den Pulldown-Menübefehl „Design > Import Changes From…” aus. Das Dialogfeld „Engineering Change Order” wird dann eingeblendet (siehe unten).

Das Dialogfeld „Engineering Change Order” in Altium Designer

Klicken Sie jetzt zuerst auf die Schaltfläche „Validate Changes” unten links im Dialogfeld. Altium Designer synchronisiert und validiert nun die von Ihnen vorgenommenen Änderungen an den Schaltplandaten im PCB. Schon während dieses Vorgangs können Sie beobachten, wie sich die Spalte „Check” auf der rechten Seite des Dialogfelds mit grünen Häkchen füllt. Diese Häkchen zeigen Ihnen, dass die entsprechenden Elemente und Schaltplansymbole erfolgreich validiert wurden. Alle Elemente, die nicht validiert werden können, müssen anschließend untersucht und korrigiert werden, um ein vollständig synchronisiertes Design zu erhalten.

Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche „Execute Changes”. Bitte beachten Sie, dass es einen Moment dauern kann, bis Altium Designer alle Änderungen ausgeführt hat. Sie können den Fortschritt im Dialogfeld „Engineering Change Order” nachverfolgen. Nach Abschluss des Vorgangs sind alle Posten in der Spalte „Done” mit einem grünen Häkchen versehen (siehe folgende Abbildung).

Dialogfeld „Engineering Change Order” nach der Validierung und Ausführung der Änderung

Herzlichen Glückwunsch, Sie haben alle Ihre Design-Daten erfolgreich vom Schaltplan auf die Leiterplatte übertragen. Sie können das Dialogfeld „Engineering Change Order“ jetzt schließen. Ihre Komponenten sind nun sichtbar neben dem Leiterplattenumriss platziert - ähnlich wie im Bild unten gezeigt.

Die Schaltplandaten wurden erfolgreich in das Layout übertragen und können nun platziert werden

Im Bild oben sehen Sie, dass sich die Komponenten zunächst in der unteren rechten Ecke des PCB-Editor-Fensters befinden. Wenn Sie in Altium Designer einen Schaltplan in ein PCB importieren, werden die Komponenten pseudo-zufällig im PCB-Editor-Fenster platziert. Bevor Sie nun die Komponenten auf Ihrer Leiterplatte anordnen, sollten Sie am besten zuerst den Lagenaufbau für Ihre Leiterplatte definieren und die Größe der Leiterplatte entsprechend anpassen. Es macht Sinn das jetzt zu tun, da Ihre Routing-Strategie die Verwendung von Durchkontaktierungen beinhalten kann und Sie wahrscheinlich Kupferlagen für Strom und Masse verwenden werden. Gehen Sie zum nächsten Schritt, um den Lagenaufbau zu erstellen.

Schritt 3: Definieren Sie Ihren Lagenaufbau

Bevor Sie mit dem Design des Layouts fortfahren können, sind noch weitere Aufgaben zu erledigen. So müssen Sie sich beispielsweise Gedanken über Ihre Komponenten und Referenzkennzeichen machen. Außerdem gilt es die erforderlichen Informationen über Ihre Komponenten zu sammeln und, wenn nötig, Rücksprache mit Lieferanten zu halten. Außerdem sollten Sie das PCB entsprechend konfigurieren, so dass der physikalische Lagenaufbau, die Anzeige dieser Lagen und die Designregeln mitbedacht sind.

Der Lagenaufbau-Manager in Altium Designer

Oben sehen Sie den Lagenaufbau-Manager in Altium Designer. Sie finden den entsprechenden Befehl im Pulldown-Menü „Design”. Der Lagenaufbau-Manager ermöglicht Ihnen, physikalische Lagen im PCB-Stackup hinzuzufügen, zu kopieren, zu löschen oder zu verschieben. Sie können Lagen für das Signalrouting, Stromversorgungsebenen und dielektrische Lagen für die Leiterplatte hinzufügen. Der Lagenaufbau-Manager enthält auch einen Impedanzrechner.

Um Ihre Designregeln zu hinterlegen, verwenden Sie einfach den „PCB Rules and Constraints Editor” im Pulldown-Menü „Design”. Um die Anzeige Ihrer PCB-Lagen und -Objekte zu erstellen, können Sie das Bedienfeld „View Configuration” nutzen. Weiter unten sehen Sie ein Beispiel für die Registerkarte „Layers & Colors” des Bedienfelds.

Das Bedienfeld „View Configuration” in Altium Designer

Nachdem Ihre Schaltplandaten nun in das Layout übertragen wurden, können Sie mit der Anordnung der Komponenten auf Ihrer Leiterplatte beginnen. Sie können nun die Komponenten um Ihre neue Leiterplatte herumziehen und Ihr Leiterplattenlayout erstellen. Nachdem Sie die Komponenten angeordnet haben, können Sie mit Hilfe der Routing-Funktionen in Altium Designer damit beginnen, Leiterbahnen zwischen den Komponenten zu routen.

Das oben aufgezeigte Bedienfeld „View Configuration“ ist sehr nützlich, um den Layoutprozess zu beschleunigen. Denn dieses Bedienfeld ermöglicht es Ihnen, bestimmte Lagen beim Routing und Anordnen von Komponenten zu aktivieren. Beim Platzieren von Komponenten ist es empfehlenswert, folgende Elemente zu aktivieren: Oberflächenlage, Siebdrucklage, mechanische Elemente und die Grundplattenebene (Ground Plane Layer). Letztere können Sie als Referenzpunkt nutzen. Dadurch können vor allem solche Layoutfehler vermieden werden, die zu Signalintegritäts- und Erdungsproblemen auf Ihrer Leiterplatte führen können. Das Bedienfeld „View Configuration“ ist also deshalb äußerst nützlich, da Sie hier verschiedene Lagen ein- und ausschalten können und so stets den Überblick behalten, sowohl beim Anordnen als auch beim Routing Ihrer Komponenten.

Altium Designer ist das einzige PCB-Design-Software -Paket, das auf einer einheitlichen Designumgebung aufbaut. Dieses ermöglicht Ihnen, auf einfache Weise, PCBs aus Schaltplänen zu erstellen - wie wir Ihnen hier zuvor gezeigt haben. Sie können Designdaten zwischen der Leiterplatte und dem Schaltplan hin- und herschieben, was viele Designaufgaben vereinfacht und effizienter macht. Die einfache Übertragung von Designdaten vom Schaltplan auf die Leiterplatte ist nur der Anfang vieler Vorteile, die Altium Designer Ihnen bietet.

Wenn Sie Altium Designer noch nicht als Ihre bevorzugte Schaltplan- und Layoutsoftware für Leiterplatten nutzen, bringen Sie Ihr PCB-Projekt auf die nächste Stufe, indem Sie mit einem Experten von Altium Designer sprechen.