Altium Designer層次原理圖的設計方法教程

Kivy · 發(fā)表于 2018-11-13 13:50:47

層次原理圖設計

層次原理圖設計是在實踐的基礎上提出的，是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步實現(xiàn)的一種先進的原理圖設計方法。一個非常龐大的原理圖，可稱之為項目，不可能將它一次完成，也不可能將這個原理圖畫在一張圖紙上，更不可能由一個人單獨完成。Altium designer提供了一個很好的項目設計工作環(huán)境，整個原理圖可劃分為多個功能模塊。這樣，整個項目可以分層次并行設計，使得設計進程大大加快。

5.1 層次原理圖的設計方法

層次原理圖的設計方法實際上是一種模塊化的設計方法。用戶可以將系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)又可劃分為若干個功能模塊，功能模塊再細分為若干個基本模塊。設計好基本模塊并定義好模塊之間的連接關(guān)系，即可完成整個設計過程。

設計時，可以從系統(tǒng)開始逐級向下進行，也可以從基本模塊開始逐級向上進行，還可以調(diào)用相同的原理圖重復使用。

1．自上而下的層次原理圖設計方法

所謂自上而下就是由電路方塊圖產(chǎn)生原理圖，因此用自上而下的方法來設計層次原理圖，首先應放置電路方塊圖，其流程如圖5-1所示。

圖5-1 自上而下的層次原理圖設計流程

2．自下而上的層次原理圖設計方法

所謂自下而上就是由原理圖（基本模塊）產(chǎn)生電路方塊圖，因此用自下而上的方法來設計層次原理圖，首先需要放置原理圖，其流程如圖5-2所示。

3．多通道層次原理圖的設計方法

Altium Designer引入了一個多通道設計系統(tǒng)，它可以支持與其他通道相嵌的通道設計。許多涉及包含重復的電路，一塊電路板有可能重復一個模塊多達三十多次，或者會包含4個一樣的子模塊，每個子模塊又具有8個子通道等。設計人員必須努力使這種設計在原理圖級就與PCB布線關(guān)聯(lián)起來。盡管簡單地復制和粘貼原理圖部分是相當容易的，但是修改或更新這些原理圖部分就會任務很繁重。Altium Designer提供了一個真正的多通道設計，意味著用戶可以在項目中重復引用一個原理圖部分。如果需要改變這個被引用的原理圖部分，只需要修改一次即可。無任如何，Altium Designer不但支持多通道設計，而且還支持多通道的嵌套。典型的多通道層次原理圖的示意如圖5-3所示。

圖5-2 自下而上的層次原理圖設計流程

圖5-3中，主原理圖Main.SchDoc具有4個子模塊，每個子模塊均調(diào)用了原理圖A. SchDoc和B.SchDoc各一次。因此可以采用重復調(diào)用原理圖的方法來設計，將A. SchDoc和B.SchDoc分別設計為一個基本模塊，然后使用多通道設計方法實現(xiàn)對這兩個模塊的重復多次調(diào)用。

圖5-3 多通道層次原理圖的示意圖

關(guān)于多通道層次原理圖的具體操作，將在本章后面進行詳細講解。

5.2 建立層次原理圖

前面講到了層次原理圖設計的幾種方法，現(xiàn)在就先利用其中的自上而下的層次原理圖設計方法，以圖5-4至圖5-6為例，詳細講述繪制層次原理圖的一般過程。

圖5-4所示是一個層次原理圖，整張原理圖表示了一張完整的電路。它分別由ISA總線和地址譯碼模塊（ISA Bus and Address Decoding.SchDoc，如圖5-5所示）、串口通信和線驅(qū)動模塊（4 Port UART and Line Drivers.SchDoc，如圖5-6所示）以及層次原理圖模塊，其3個模塊組成。

圖5-4 繪制層次原理圖實例

圖5-5 層次原理圖的ISA總線和地址譯碼模塊

本實例將重點講述如何繪制層次原理圖模塊，該模塊圖的作用就是將兩個子模塊連接起來，形成一個完整的原理圖。對于ISA Bus and Address Decoding.SchDoc和4 Port UART and Line Drivers.SchDoc文件，讀者可以直接調(diào)用C:\Program Files\Altium Designer Winter 09\Examples\Reference Designs\4 Port Serial Interface目錄中的文件。

圖5-6 層次原理圖的串口通信和線驅(qū)到模塊

繪制層次原理圖的詳細操作過程如下：

1）啟動原理圖設計管理器，建立一個層次原理圖文件，命名為4 Port Serial Interface.SchDoc。

2）在工作平面上打開布線工具欄（Wiring Tools），執(zhí)行繪制方塊電路命令。用鼠標左鍵單擊布線工具欄上的按鈕或者執(zhí)行Place→Sheet Symbol命令。

3）執(zhí)行命令后，光標變?yōu)槭中螤睿е綁K電路，如圖5-7所示。

圖5-7 放置方塊電路的狀態(tài)

4）在此命令狀態(tài)下，按〈Tab〉鍵，會出現(xiàn)方塊電路屬性設置對話框，如圖5-8所示。

圖5-8 方塊電路屬性設置對話框

在對話框中，在Filename編輯框中設置文件名為ISA Bus and Address Decoding.SchDoc。這表明該電路代表了ISA Bus and Address Decoding（ISA總線和地址譯碼模塊）。在Designator編輯框中設置方塊圖的名稱為U_ISA Bus and Address Decoding，如圖5-8所示。

5）設置完屬性后，確定方塊電路的大小和位置。將光標移動到適當?shù)奈恢煤�，單擊鼠標左鍵，確定方塊電路的左上角位置。然后拖動鼠標，移動到適當?shù)奈恢煤�，單擊鼠標左鍵，確定方塊電路的右下角位置。這樣就定義了方塊電路的大小和位置，繪制出了一個名為U_ISA Bus and Address Decoding的模塊，如圖5-9所示。

圖5-9 繪制名為U_ISA Bus and Address Decoding的方塊電路

用戶如果要更改方塊電路名稱或其代表的文件名，只需用鼠標雙擊文字標注，會出現(xiàn)如圖5-10所示的方塊電路文字屬性設置對話框。

圖5-10 方塊電路文字屬性設置對話框

6）繪制完一個方塊電路后，仍處于放置方塊電路的命令狀態(tài)下，用戶可以用同樣的方法放置其他的方塊電路，并設置相應的方塊電路文字屬性，結(jié)果如圖5-11所示。

圖5-11 繪制完所有的方塊電路

7）執(zhí)行放置方塊電路端口的命令，方法是用鼠標左鍵單擊布線（Wiring）工具欄中的按鈕或者執(zhí)行Place→Add Sheet Entry命令。

8）執(zhí)行命令后，光標變?yōu)槭中螤�，然后在需要放置端口的方塊電路上單擊鼠標左鍵，此時光標處就顯示方塊電路的端口符號，如圖5-12所示。

注意：當在需要放置端口的方塊電路上單擊鼠標左鍵，光標處出現(xiàn)方塊電路的端口符號后，光標就只能在該方塊電路內(nèi)部移動，直到放置了端口并結(jié)束該操作以后，光標才能在繪圖區(qū)域自由移動。

圖5-12 放置方塊電路端口的狀態(tài)

在此命令狀態(tài)下，按〈Tab〉鍵，系統(tǒng)會彈出方塊電路端口屬性設置對話框，如圖5-13所示。

圖5-13 方塊電路端口屬性設置對話框

在對話框中，將端口名（Name）編輯框設置為-WR，即將端口名設為寫選通信號；I/O Type選項有不指定（Unspecified）、輸出（Output）、輸入（Input）和雙向（Bidirectional）4種，在此設置為Output，即將端口設置為輸出；端部形狀（Side）設置為Right；端口樣式（Style）設置為Right；其他選項可根據(jù)用戶的個人習慣來設置。

9）設置完屬性后，將光標移動到適當?shù)奈恢�，單擊鼠標左鍵將其定位，如圖5-14所示。同樣，根據(jù)實際電路的安排，可以在ISA Bus and Address Decoding模塊上放置其他端口，如圖5-15所示。

10）重復上述操作，設置其他方塊電路，如圖5-16所示。

圖5-14 放置完一個端口圖5-15 放置完端口的方塊電路

圖5-16 放置完所有端口的層次原理圖

11）在圖5-16的基礎上，將電氣上具有相連關(guān)系的端口用導線或總線連接在一起，如圖5-17所示。

圖5-17 層次原理圖的最終結(jié)果

通過上述步驟，就建立了一個層次原理圖，其子模塊為如圖5-5和圖5-6所示的子模塊。

5.3 由方塊電路符號產(chǎn)生新原理圖的I/O端口符號

在采用自上而下設計層次原理圖時，首先建立方塊電路，再制作該方塊電路相對應的原理圖文件。而制作原理圖時，其I/O端口符號必須和方塊電路的I/O端口符號相對應。Altium Designer提供了一條捷徑，即由方塊電路端口符號直接產(chǎn)生原理圖的端口符號。

下面以圖5-17為例，講述其一般步驟。

1）選擇Design→Create Sheet From Sheet Symbol命令。

2）執(zhí)行命令后，光標變成十字形狀，移動光標到方塊電路上，如圖5-18所示。

圖5-18 移動光標至方塊電路

3）單擊鼠標左鍵，則Altium Designer自動生成一個文件名為ISA Bus and Address Decoding.SchDoc的原理圖，并布置好I/O端口，如圖5-19所示。

圖5-19 產(chǎn)生新原理圖的端口

5.4 由原理圖文件產(chǎn)生方塊電路符號

如果在設計中采用自下而上的設計方法，則應先設計原理圖，再設計方塊電路。Altium Designer提供了一條捷徑，即由一張已經(jīng)設置好端口的原理圖直接產(chǎn)生方塊電路符號， 4.12節(jié)已經(jīng)講述過由原理圖產(chǎn)生層次圖的方塊電路。下面以圖5-17為例，講述其一般步驟。

1）選擇Design→Create Sheet Symbol From Sheet or VHDL命令。

2）執(zhí)行命令后，會出現(xiàn)如圖5-20所示的對話框。選擇要產(chǎn)生方塊電路的原理圖文件，然后確認。方塊電路會出現(xiàn)在光標上，如圖5-21所示。

圖5-20 選擇產(chǎn)生方塊電路的原理圖文件對話框

3）移動光標到適當位置，按照前面放置方塊電路的方法，將其定位，則可自動生成名為U_4 Port UART and Line Drivers的方塊電路，如圖5-22所示。然后根據(jù)層次原理圖設計的需要，可以對方塊電路上的端口進行適當調(diào)整。

圖5-21 由原理圖文件產(chǎn)生的方塊電路符號的狀態(tài) 圖5-22 產(chǎn)生的方塊電路

5.5 建立多通道原理圖

Altium Designer提供了多通道原理圖設計的功能，用戶可以繪制一個能被多個原理圖模塊使用的原理圖子模塊。這種多通道原理圖設計可以放置多個方塊電路，允許單個子原理圖被調(diào)用多次。

前面講到了方塊電路原理圖的設計方法，多通道原理圖的設計方法與此類似。現(xiàn)在根據(jù)實例詳細講述繪制多通道原理圖的一般過程。

1．建立多通道原理圖

1）首先建立一個多通道原理圖的項目，文件名為Peak Detector-Mul Channel.PrjPcb。

2）啟動原理圖設計管理器，創(chuàng)建一個名為Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理圖文件。啟動原理圖設計管理器后，執(zhí)行放置元件和繪圖命令，繪制如圖5-23所示的原理圖。

圖5-23 Peak Detector MulChannel.SchDoc的原理圖

3）建立一個新的原理圖文件，文件名為Bank.SchDoc，然后繪制一個方塊電路圖，實現(xiàn)多通道連接到Peak Detector MulChannel.SchDoc。

4）執(zhí)行Place→Sheet Symbol命令，在圖紙上放置方塊電路。然后使用鼠標雙擊方塊電路，在如圖5-24所示的方塊圖屬性對話框中設置其屬性，設置的屬性為：

圖5-24 方塊圖屬性對話框

 在Filename編輯框中輸入Peak Detector MulChannel.SchDoc。

 在Designator編輯框中輸入Repeat（PD，1，8）。多通道原理圖設計時，重復使用子原理圖的次數(shù)可以使用如下的表達式來實現(xiàn)：

Repeat(Sheet_symbol_name,first_channel,last_channel)

其中Sheet_symbol_name表示方塊圖名，first_channel為第一通道，last_channel為最后一個通道，本實例設計了8個通道，即8次調(diào)用Peak Detector MulChannel.SchDoc子原理圖。

5）在方塊圖中添加如圖5-25所示的方塊電路出入端口，名稱如圖所示。

圖5-25 繪制方塊電路出入端口

其中OFF和REPEAT（PULSE）方塊電路出入端口特性為Input，REPEAT（PEAK）方塊電路出入端口特性為Output。另外在圖紙上添加一個OFF端口，其I/O Type為Input。

同時，在圖紙上完成如圖5-25所示的原理圖繪制及連接。

6）建立一個原理圖文件，名為Peak Detector.SchDoc，然后執(zhí)行與上面創(chuàng)建Bank.SchDoc類似的步驟，繪制如圖5-26所示的原理圖，該原理圖調(diào)用Bank.SchDoc文件4次，即生成了4通道，使用了REPEAT（BANK，1，4），其中BANK為方塊電路名。

圖5-26 繪制的Peak Detector.SchDoc原理圖文件

7）執(zhí)行Project→Compile PCB Project命令，對Peak Detector - Mul Channel.PrjPcb進行編譯，可以從編譯管理器（如圖5-27所示）中看到多通道原理圖設計的情況，讀者可以看到多通道調(diào)用情況。

2．查看多通道原理圖

執(zhí)行Project→View Channels命令，系統(tǒng)將彈出如圖5-28所示的項目元件對話框，在該對話框中，可以看出原理圖有多少通道，每個元件被調(diào)用了多少次。本實例共有32個通道。

如果單擊Component Report按鈕，則可以生成元件報表，從元件報表情況也可以看出通道調(diào)用情況，并可以打印出來。

技巧：使用多通道設計方法來設計原理圖，可以大大提高設計效率，減少重復性的工作，這對于大型的電路設計項目，特別是有多個相同模塊的原理圖，尤為有效。

圖5-28 項目元件對話框