第17講項(xiàng)目12層次原理圖及其PCB設(shè)計(jì)

1、復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：l 項(xiàng)目項(xiàng)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(jiǎn)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(xiàng)目12 層次原理圖及其PCB設(shè)計(jì)l 任務(wù)描述l 本教材前面介紹的常規(guī)電路圖設(shè)計(jì)方法，是將整個(gè)原理圖繪制在一張?jiān)韴D紙上，這種設(shè)計(jì)方法對(duì)于規(guī)模較小，簡(jiǎn)單的電路圖的設(shè)計(jì)提供了方便的工具支持。但當(dāng)設(shè)計(jì)大型、復(fù)雜系統(tǒng)的電路原理圖時(shí)，若將整個(gè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)在一張圖紙上，就會(huì)使圖紙變得過(guò)分復(fù)雜不利于分析和檢錯(cuò)，同時(shí)也難于多人參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。l Alti

2、um Designer支持多種設(shè)計(jì)復(fù)雜電路的方法，例如層次設(shè)計(jì)、多通道設(shè)計(jì)等，在增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的規(guī)范性的同時(shí)減少了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)量，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。本項(xiàng)目將以電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為例介紹層次原理圖設(shè)計(jì)的方法，以多路濾波器的設(shè)計(jì)為例介紹多通道電路設(shè)計(jì)方法。它將涵蓋以下主題：l 自上而下層次原理圖設(shè)計(jì)l 自下而上層次原理圖設(shè)計(jì)l 多通道電路設(shè)計(jì)l 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的PCB設(shè)計(jì)l 多路濾波器的PCB設(shè)計(jì)l 了解層次原理圖、模塊，設(shè)計(jì)包含子圖符號(hào)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(jì)方法l 熟練掌握自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)l 教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì) l

3、 教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)教學(xué)目的及要求：教學(xué)目的及要求：12.1 層次設(shè)計(jì)l 對(duì)于一個(gè)龐大和復(fù)雜的電子項(xiàng)目的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，最好的設(shè)計(jì)方式是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將其按功能分解成相對(duì)獨(dú)立的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)方法會(huì)使電路描述的各個(gè)部分功能更加清晰。同時(shí)還可以將各獨(dú)立部分分配給多個(gè)工程人員，讓他們獨(dú)立完成，這樣可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，提高模塊電路的復(fù)用性和加快設(shè)計(jì)速度。采用這種方式后，對(duì)單個(gè)模塊設(shè)計(jì)的修改可以不影響系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，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(jì)，Altium Designer提供了層次原理圖設(shè)計(jì)方法。所謂層次化設(shè)計(jì)，是指將一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)分派成

4、一系列有層次結(jié)構(gòu)的、相對(duì)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)任務(wù)。把相對(duì)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)任務(wù)定義成一個(gè)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(duì)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?jiān)O(shè)計(jì)。這樣做還有一個(gè)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(jī)來(lái)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(jì)方式。所謂自上而下設(shè)計(jì)，就是按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想，首先對(duì)系統(tǒng)最上層進(jìn)行模塊劃分，設(shè)計(jì)包含子圖符號(hào)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(lái)分別對(duì)系統(tǒng)模塊圖中的各功能模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，分別細(xì)化各個(gè)功能模塊的電路實(shí)現(xiàn)（子圖）。自頂向下的設(shè)計(jì)方法適用于較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。與之相反，進(jìn)行自下而上設(shè)計(jì)時(shí)，則預(yù)先設(shè)計(jì)各子模塊（子圖），接著創(chuàng)建一個(gè)父圖（模塊或方塊圖），將各個(gè)子模塊連接起來(lái)，成為功能更強(qiáng)大的上層模塊，完成一個(gè)層次的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多個(gè)層次的設(shè)計(jì)后，直至滿足項(xiàng)目要求。l 層次電路圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于正確地傳遞各層次之間的信號(hào)。在層次原理圖的設(shè)計(jì)中，信號(hào)的傳遞主要通過(guò)電路方塊圖、方塊圖輸入輸出端口、電路輸入/輸出端口來(lái)實(shí)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(hào)都必須有與該方塊圖符號(hào)相對(duì)應(yīng)的電路圖存在（該圖

6、稱(chēng)為子圖），并且子圖符號(hào)的內(nèi)部也必須有子圖輸入輸出端口。同時(shí)，在與子圖符號(hào)相對(duì)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(hào)中的輸入/輸出端口相對(duì)應(yīng)，且必須同名。在同一項(xiàng)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路為實(shí)例，介紹使用Altium Designer 進(jìn)行層次設(shè)計(jì)的方法。l 圖12-1是電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)都可以完成PCB板的設(shè)計(jì)任務(wù)。但還是以它為例，介紹層次原理圖的設(shè)計(jì)方法。l 圖12-2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖（圖紙幅面A3）l從圖12-2可以看出，可以把整個(gè)

7、圖紙分成上、中、下三個(gè)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(jì)。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(jì)l 自上而下的層次電路設(shè)計(jì)操作步驟如下。l 1建立一個(gè)項(xiàng)目文件l （1）啟動(dòng)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(gè)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(jì).PrjPCB”的PCB工程文件。l 2畫(huà)一張主電路圖（如：Main.SchDoc）來(lái)放置方塊圖（Sheet Symb

8、ol）符號(hào)l （1）選擇Projects工作面板中的“層次原理圖設(shè)計(jì).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(gè)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(jì)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(hào)工具按鈕 ，或者在主菜單中選擇PlaceSheet Symbol命令。l （4）單擊鍵盤(pán)上的Tab鍵，打開(kāi)如圖12-3所示的Sheet Symbol對(duì)話框。l 在Sheet Symbol

9、對(duì)話框的的屬性（Properties）欄:l designator(圖紙的標(biāo)號(hào))：用于設(shè)置方塊圖所代表的圖紙的名稱(chēng)。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(duì)應(yīng)關(guān)系。l Unique ID(唯一的ID號(hào)): 為了在整個(gè)工程中正確地識(shí)別電路原理圖符號(hào)，每一個(gè)電路原理圖符號(hào)在工程中都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，如果需要可以對(duì)這個(gè)標(biāo)識(shí)進(jìn)行重新設(shè)置。圖12-3 Sheet Symbol對(duì)話框（5）在Sheet Symbol對(duì)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(hào)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(hào)的一個(gè)頂角位置，然后拖動(dòng)鼠標(biāo)，調(diào)整方塊圖符號(hào)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(hào)。l （7）目前還處于放置方塊圖狀態(tài)，按Tab鍵，彈出Sheet Symbol對(duì)話框的，在Designator處輸入“電機(jī)驅(qū)動(dòng)”，在Filename編輯框內(nèi)輸入“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”，重復(fù)步驟（6）在原理圖上插入第二個(gè)方塊圖(方框圖)符號(hào),如圖12-4所示。 圖12-4 放入兩個(gè)方塊圖符號(hào)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(gè)端口，把光標(biāo)移入“隔離部分”的方塊圖內(nèi)，按“Tab”鍵，打開(kāi)如圖12-5所示的Sheet Entry對(duì)話框。l 在該對(duì)話框內(nèi)，幾個(gè)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(lèi)型（Style）:用來(lái)表示信號(hào)的傳輸方向。l 端口的名稱(chēng)（Name）:是識(shí)別端口的標(biāo)識(shí)。應(yīng)將其設(shè)置為與對(duì)應(yīng)的子電路圖上對(duì)應(yīng)端口的名稱(chēng)相一致。l 端口的輸入/出類(lèi)型（I/O Type）:是表示信號(hào)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(duì)話框l （5）在隔離部分方塊圖符號(hào)右邊一側(cè)單擊鼠標(biāo)，布置一個(gè)名為“A_OUT”的方塊圖輸出端口，如圖12-7所示。（3）在Sheet Entry對(duì)話框的Name編輯框中輸入A_OUT，作為方塊圖端口的名稱(chēng)。（4）在I/OType下拉列表中選擇Output項(xiàng)，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(duì)話框內(nèi)設(shè)置端口A_OUT為輸出端口l （6）此時(shí)光標(biāo)仍處于放置端口狀態(tài)，單擊Tab鍵，再打開(kāi)的Sheet Entry對(duì)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(xiàng)，單擊OK按鈕。l （7）在隔離部分方塊圖符號(hào)靠右側(cè)單擊鼠標(biāo)，再布置一個(gè)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(lèi)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(jī)驅(qū)動(dòng)”方塊圖符號(hào)中添加6個(gè)輸入、電源和地的端口，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方塊圖中各端口名稱(chēng)、端口類(lèi)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(duì)應(yīng)的方塊圖隔離部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)在“層次原理圖設(shè)計(jì).PrjPCB”工程中新建一個(gè)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(dòng)布置了如圖12-13所示的9個(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(gè)端口，在下層的原理圖中也有A_OUT等6個(gè)端口，名字相同的端口就是一個(gè)點(diǎn)。l 現(xiàn)在用另一種方法來(lái)完成上層方塊圖“電機(jī)驅(qū)動(dòng)”與下一層“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”的原理圖之間的一一對(duì)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(kāi)。l （5）在原理圖中的“電機(jī)驅(qū)動(dòng)”方塊圖符號(hào)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(gè)名為“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”的原理圖，如圖12-16所示。（7）在“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”原理圖文件中，自動(dòng)產(chǎn)生了如圖12-17所示的9個(gè)端口。圖12-16 新建的名為“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”的原理圖圖12-17 在“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”的原理圖內(nèi)自動(dòng)建立的9個(gè)端口l （8）在“電機(jī)驅(qū)動(dòng).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(jī)驅(qū)動(dòng).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(jī)驅(qū)動(dòng)”與下層原理圖“電機(jī)驅(qū)動(dòng).SchDoc”之間一一對(duì)應(yīng)的聯(lián)系?！半姍C(jī)驅(qū)動(dòng).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(jì)。l 在主菜單中選擇FileSave All命令，將新建的3個(gè)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(gè)模塊的方塊圖中都給出了一個(gè)或多個(gè)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(duì)應(yīng)的同名端口，它們表示信號(hào)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(dòng)到子電路圖中的某一個(gè)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