第17講項目12層次原理圖及其PCB設(shè)計

1、復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：l 項目項目11 11 輸出文件輸出文件l l 11.1 輸出PDF文件l 11.2 生成Gerber文件l 11.2.1 Gerber 文件簡單介紹l 11.2.2輸出Gerber文件l 輸出NC Drill 文件l 11.3 創(chuàng)建材料清單（BOM）項目12 層次原理圖及其PCB設(shè)計l 任務(wù)描述l 本教材前面介紹的常規(guī)電路圖設(shè)計方法，是將整個原理圖繪制在一張原理圖紙上，這種設(shè)計方法對于規(guī)模較小，簡單的電路圖的設(shè)計提供了方便的工具支持。但當(dāng)設(shè)計大型、復(fù)雜系統(tǒng)的電路原理圖時，若將整個圖紙設(shè)計在一張圖紙上，就會使圖紙變得過分復(fù)雜不利于分析和檢錯，同時也難于多人參與系統(tǒng)設(shè)計。l Alti

2、um Designer支持多種設(shè)計復(fù)雜電路的方法，例如層次設(shè)計、多通道設(shè)計等，在增強了設(shè)計的規(guī)范性的同時減少了設(shè)計者的勞動量，提高了設(shè)計的可靠性。本項目將以電機驅(qū)動電路為例介紹層次原理圖設(shè)計的方法，以多路濾波器的設(shè)計為例介紹多通道電路設(shè)計方法。它將涵蓋以下主題：l 自上而下層次原理圖設(shè)計l 自下而上層次原理圖設(shè)計l 多通道電路設(shè)計l 電機驅(qū)動電路的PCB設(shè)計l 多路濾波器的PCB設(shè)計l 了解層次原理圖、模塊，設(shè)計包含子圖符號的父圖（方塊圖）、子圖的含義l 了解“自上而下”和“自下而上”這兩種層次電路設(shè)計方法l 熟練掌握自上而下的層次原理圖設(shè)計l 教學(xué)重點：教學(xué)重點：自上而下的層次原理圖設(shè)計 l

3、 教學(xué)難點：教學(xué)難點：自上而下的層次原理圖設(shè)計教學(xué)目的及要求：教學(xué)目的及要求：12.1 層次設(shè)計l 對于一個龐大和復(fù)雜的電子項目的設(shè)計系統(tǒng)，最好的設(shè)計方式是在設(shè)計時應(yīng)盡量將其按功能分解成相對獨立的模塊進(jìn)行設(shè)計，這樣的設(shè)計方法會使電路描述的各個部分功能更加清晰。同時還可以將各獨立部分分配給多個工程人員，讓他們獨立完成，這樣可以大大縮短開發(fā)周期，提高模塊電路的復(fù)用性和加快設(shè)計速度。采用這種方式后，對單個模塊設(shè)計的修改可以不影響系統(tǒng)的整體設(shè)計，提高了系統(tǒng)的靈活性。l 為了適應(yīng)電路原理圖的模塊化設(shè)計，Altium Designer提供了層次原理圖設(shè)計方法。所謂層次化設(shè)計，是指將一個復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)分派成

4、一系列有層次結(jié)構(gòu)的、相對簡單的電路設(shè)計任務(wù)。把相對簡單的電路設(shè)計任務(wù)定義成一個模塊（或方塊），頂層圖紙內(nèi)放置各模塊（或方塊），下一層圖紙放置各模塊（或方塊）相對應(yīng)的子圖，子圖內(nèi)還可以放置模塊（或方塊），模塊（或方塊）的下一層再放置相應(yīng)的子圖，這樣一層套一層，可以定義多層圖紙設(shè)計。這樣做還有一個好處，就是每張圖紙不是很大，可以方便用小規(guī)格的打印機來打印圖紙（如A4圖紙）。l Altium Designer支持“自上而下”和“自下而上”這兩種層次電路設(shè)計方式。所謂自上而下設(shè)計，就是按照系統(tǒng)設(shè)計的思想，首先對系統(tǒng)最上層進(jìn)行模塊劃分，設(shè)計包含子圖符號的父圖（方塊圖），標(biāo)示系統(tǒng)最上層模塊（方塊圖）之間的

5、電路連接關(guān)系，接下來分別對系統(tǒng)模塊圖中的各功能模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，分別細(xì)化各個功能模塊的電路實現(xiàn)（子圖）。自頂向下的設(shè)計方法適用于較復(fù)雜的電路設(shè)計。與之相反，進(jìn)行自下而上設(shè)計時，則預(yù)先設(shè)計各子模塊（子圖），接著創(chuàng)建一個父圖（模塊或方塊圖），將各個子模塊連接起來，成為功能更強大的上層模塊，完成一個層次的設(shè)計，經(jīng)過多個層次的設(shè)計后，直至滿足項目要求。l 層次電路圖設(shè)計的關(guān)鍵在于正確地傳遞各層次之間的信號。在層次原理圖的設(shè)計中，信號的傳遞主要通過電路方塊圖、方塊圖輸入輸出端口、電路輸入/輸出端口來實現(xiàn),他們之間有著密切的聯(lián)系。l 層次電路圖的所有方塊圖符號都必須有與該方塊圖符號相對應(yīng)的電路圖存在（該圖

6、稱為子圖），并且子圖符號的內(nèi)部也必須有子圖輸入輸出端口。同時，在與子圖符號相對應(yīng)的方塊圖中也必須有輸入輸出端口,該端口與子圖符號中的輸入/輸出端口相對應(yīng)，且必須同名。在同一項目的所有電路圖中，同名的輸入輸出端口（方塊圖與子圖）之間，在電氣上是相互連接的。l 本節(jié)將以電機驅(qū)動電路為實例，介紹使用Altium Designer 進(jìn)行層次設(shè)計的方法。l 圖12-1是電機驅(qū)動電路的原理圖（圖紙的圖幅是A3），雖然該電路不是很復(fù)雜，不用層次原理圖設(shè)計都可以完成PCB板的設(shè)計任務(wù)。但還是以它為例，介紹層次原理圖的設(shè)計方法。l 圖12-2 電機驅(qū)動電路原理圖（圖紙幅面A3）l從圖12-2可以看出，可以把整個

7、圖紙分成上、中、下三個部分，其中：中部分和下部分是相同的。l我們先用子圖1，子圖2，練習(xí)自上而下的層次原理圖設(shè)計。子圖1子圖2子圖5子圖3子圖4子圖612.1.1 自上而下層次電路圖設(shè)計l 自上而下的層次電路設(shè)計操作步驟如下。l 1建立一個項目文件l （1）啟動Altium Designer，在主菜單中選擇FileNewProjectPCB Project命令，在當(dāng)前工作空間中添加一個默認(rèn)名為“PCB_Project1.PrjPCB”的PCB工程文件，將它另存為“層次原理圖設(shè)計.PrjPCB”的PCB工程文件。l 2畫一張主電路圖（如：Main.SchDoc）來放置方塊圖（Sheet Symb

8、ol）符號l （1）選擇Projects工作面板中的“層次原理圖設(shè)計.PrjPCB”按鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇Add New to ProjectSchematic命令，在新建的.PrjPCB工程中添加一個默認(rèn)名為Sheet1.SchDoc的原理圖文件。l （2）將原理圖文件另存為Main_top.SchDoc，用缺省的設(shè)計圖紙尺寸：A4。其它設(shè)置用默認(rèn)值。l （3）單擊Wiring工具欄中的添加方塊圖符號工具按鈕 ，或者在主菜單中選擇PlaceSheet Symbol命令。l （4）單擊鍵盤上的Tab鍵，打開如圖12-3所示的Sheet Symbol對話框。l 在Sheet Symbol

9、對話框的的屬性（Properties）欄:l designator(圖紙的標(biāo)號)：用于設(shè)置方塊圖所代表的圖紙的名稱。l Filename(圖紙的文件名)：用于設(shè)置方塊圖所代表的圖紙的文件全名（包括文件的后綴），以便建立起方塊圖與原理圖（子圖）文件的直接對應(yīng)關(guān)系。l Unique ID(唯一的ID號): 為了在整個工程中正確地識別電路原理圖符號，每一個電路原理圖符號在工程中都有一個唯一的標(biāo)識，如果需要可以對這個標(biāo)識進(jìn)行重新設(shè)置。圖12-3 Sheet Symbol對話框（5）在Sheet Symbol對話框的Designator編輯框中輸入“隔離部分”，在Filename編輯框內(nèi)輸入“隔離部分.

10、SchDoc”，單擊OK按鈕，結(jié)束方塊圖符號的屬性設(shè)置。（6）在原理圖上合適位置單擊鼠標(biāo)左鍵，確定方塊圖符號的一個頂角位置，然后拖動鼠標(biāo)，調(diào)整方塊圖符號的大小，確定后再單擊鼠標(biāo)左鍵，在原理圖上插入方塊圖符號。l （7）目前還處于放置方塊圖狀態(tài)，按Tab鍵，彈出Sheet Symbol對話框的，在Designator處輸入“電機驅(qū)動”，在Filename編輯框內(nèi)輸入“電機驅(qū)動.SchDoc”，重復(fù)步驟（6）在原理圖上插入第二個方塊圖(方框圖)符號,如圖12-4所示。 圖12-4 放入兩個方塊圖符號后的上層原理圖3在方塊圖內(nèi)放置端口l （1）單擊工具欄中的添加方塊圖輸入/輸出端口工具按鈕 ，或者在

11、主菜單中選擇PlaceAdd Sheet Entry命令。l （2）光標(biāo)上“懸浮”著一個端口，把光標(biāo)移入“隔離部分”的方塊圖內(nèi)，按“Tab”鍵，打開如圖12-5所示的Sheet Entry對話框。l 在該對話框內(nèi)，幾個英文的含義如下：l 端口位置（Side）：用于設(shè)置端口在方塊圖中的位置。l 端口類型（Style）:用來表示信號的傳輸方向。l 端口的名稱（Name）:是識別端口的標(biāo)識。應(yīng)將其設(shè)置為與對應(yīng)的子電路圖上對應(yīng)端口的名稱相一致。l 端口的輸入/出類型（I/O Type）:是表示信號流向的確定參數(shù)。它們分別是：未指定的(Unspecified)、輸出端口(Output)、輸入端口(Inp

12、ut)和雙向端口(Bidirectional)。圖12-5 Sheet Entry對話框l （5）在隔離部分方塊圖符號右邊一側(cè)單擊鼠標(biāo)，布置一個名為“A_OUT”的方塊圖輸出端口，如圖12-7所示。（3）在Sheet Entry對話框的Name編輯框中輸入A_OUT，作為方塊圖端口的名稱。（4）在I/OType下拉列表中選擇Output項，將方塊圖端口設(shè)為輸出口（如圖12-6所示），單擊OK按鈕。圖12-7 布置的方塊圖端口圖12-6 在Sheet Entry對話框內(nèi)設(shè)置端口A_OUT為輸出端口l （6）此時光標(biāo)仍處于放置端口狀態(tài)，單擊Tab鍵，再打開的Sheet Entry對話框，在Name

13、編輯框中輸入B_OUT，I/O Type下拉菜單中選擇Output項，單擊OK按鈕。l （7）在隔離部分方塊圖符號靠右側(cè)單擊鼠標(biāo)，再布置一個名為B_OUT的方塊圖輸出端口。l （8）重復(fù)步驟（6）（7），完成C_OUT、D_OUT、VO4、VO5、S5、+5V、GND輸入/輸出端口的放置（如圖12-8所示）,各端口的類型如表12-1所示。圖12-8 布置完端口的方塊圖l （9）采用步驟（1）（4）介紹的方法，再在“電機驅(qū)動”方塊圖符號中添加6個輸入、電源和地的端口，在電機驅(qū)動的方塊圖中各端口名稱、端口類型（如表12-1所示）。布置完端口后的上層原理圖如圖12-9所示。圖12-9 布置完端口后的

14、上層原理圖4方塊圖之間的連線（Wire）l 在工具欄上按 按鈕，或者在主菜單中選擇PlaceWire命令，繪制連線，完成的子圖1、子圖2相對應(yīng)的方塊圖隔離部分、電機驅(qū)動的上層原理圖如圖12-10所示。圖12-10 連接好的上層方塊圖5.由方塊圖生成電路原理子圖l （1）在主菜單中選擇DesignCreate Sheet From Sheet Symbol命令。l （2）單擊“隔離部分”方塊圖符號，系統(tǒng)自動在“層次原理圖設(shè)計.PrjPCB”工程中新建一個名為“隔離部分.SchDoc”的原理圖文件，置于Main_top.SchDoc原理圖文件下層。如圖12-12所示。在原理圖文件“隔離部分.Sch

15、Doc ”中自動布置了如圖12-13所示的9個端口，該端口中的名字與方塊圖中的一致。 l圖12-12 系統(tǒng)自動創(chuàng)建的名為“隔離部分.SchDoc”的原理圖文件圖12-13 在“隔離部分.SchDoc”的原理圖自動生成的端口l （3）在新建的“隔離部分.SchDoc”原理圖中繪制如圖12-14所示的原理圖。該原理圖即是圖12-2橢圓所框的子圖1。圖12-14 “隔離部分”方塊圖所對應(yīng)的下一層“隔離部分.SchDoc”原理圖 至此，完成了上層方塊圖“隔離部分”與下一層“隔離部分.SchDoc”原理圖之間的一一對應(yīng)的聯(lián)系。父層（上層）與子層（下一層）之間的聯(lián)系，靠上層方塊圖中的輸入、輸出端口，與下一

16、層的電路圖中的輸入、輸出端口進(jìn)行聯(lián)系。如上層方塊圖中有：A_OUT等6個端口，在下層的原理圖中也有A_OUT等6個端口，名字相同的端口就是一個點。l 現(xiàn)在用另一種方法來完成上層方塊圖“電機驅(qū)動”與下一層“電機驅(qū)動.SchDoc”的原理圖之間的一一對應(yīng)關(guān)系。l （4）單擊工作窗口上方的Main_top.SchDoc文件標(biāo)簽，將其在工作窗口中打開。l （5）在原理圖中的“電機驅(qū)動”方塊圖符號上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的如圖12-15所示的右鍵菜單中選擇Sheet Symbol ActionsCreate Sheet From Sheet Symbol命令。l （6）在Main_top.SchDoc文件

17、下層新建一個名為“電機驅(qū)動.SchDoc”的原理圖，如圖12-16所示。（7）在“電機驅(qū)動.SchDoc”原理圖文件中，自動產(chǎn)生了如圖12-17所示的9個端口。圖12-16 新建的名為“電機驅(qū)動.SchDoc”的原理圖圖12-17 在“電機驅(qū)動.SchDoc”的原理圖內(nèi)自動建立的9個端口l （8）在“電機驅(qū)動.SchDoc”原理圖文件中，完成如圖12-18所示的電路原理圖。圖12-18 電機驅(qū)動.SchDoc原理圖（子圖2）l 至此，完成了上層原理圖中的方塊圖“電機驅(qū)動”與下層原理圖“電機驅(qū)動.SchDoc”之間一一對應(yīng)的聯(lián)系?！半姍C驅(qū)動.SchDoc”原理圖，就是圖12-2所示的原理圖中的子

18、圖2。這樣我們就用圖12-2所示的子圖1、子圖2，完成了自上而下的層次原理圖設(shè)計。l 在主菜單中選擇FileSave All命令，將新建的3個原理圖文件和按照其原名保存。l 注意：在用層次原理圖方法繪制電路原理圖中，系統(tǒng)總圖中每個模塊的方塊圖中都給出了一個或多個表示連接關(guān)系的電路端口，這些端口在下一層電路原理圖中也有相對應(yīng)的同名端口，它們表示信號的傳輸方向也一致。Altium Designer使用這種表示連接關(guān)系的方式構(gòu)建了層次原理圖的總體結(jié)構(gòu)，層次原理圖可以進(jìn)行多層嵌套。6層次原理圖的切換l （1）上層（方塊圖）下層（子原理圖），在工具欄按層次切換工具按鈕 或在主菜單中選擇ToolsUp/Down Hierarchy，光標(biāo)變成“十”字形，選中某一方塊圖，單擊鼠標(biāo)左鍵即可進(jìn)入下一層原理圖。l （2）下層（子原理圖）上層（方塊圖），在工具欄按層次切換工具按鈕 或在主菜單中選擇ToolsUp/Down Hierarchy，光標(biāo)變成“十”字形，將光標(biāo)移動到子電路圖中的某一個連接端口并單擊鼠標(biāo)左鍵即可回到上層方塊圖。l 注意：一定要用鼠標(biāo)左鍵單擊原理圖中的連接端口，否則回不到上一層圖。小結(jié)：l 12.1.1 自上而下