《印刷電路板設(shè)計(jì)與制作》課件第3章

第3章層次原理圖的設(shè)計(jì)3.1層次原理圖的設(shè)計(jì)方法3.2自下而上的層次原理圖的設(shè)計(jì)3.3自上而下的層次原理圖的設(shè)計(jì)3.4層次原理圖的層次切換3.5層次原理圖設(shè)計(jì)的連通性習(xí)題

3.1層次原理圖的設(shè)計(jì)方法

1.自下而上的層次原理圖設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì)層次原理圖時(shí)，首先需要放置基本模塊的原理圖，其流程如圖3-1所示。圖3-1自下而上的層次原理圖設(shè)計(jì)流程

2.自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)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(lái)設(shè)計(jì)層次原理圖時(shí)，首先應(yīng)放置電路方塊圖，其流程如圖3-2所示。

圖3-2自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)流程

3.2自下而上的層次原理圖的設(shè)計(jì)

在電子產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程中，采用不同的邏輯模塊進(jìn)行不同的組合，會(huì)形成功能完全不同的電子產(chǎn)品系統(tǒng)。用戶完全可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，先選取或者先設(shè)計(jì)若干個(gè)不同功能的邏輯模塊，之后通過(guò)靈活組合，最終形成符合設(shè)計(jì)需求的完整電子系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程可以借助于自下而上的層次設(shè)計(jì)方式來(lái)完成。

【例3-1】

電話遙控開關(guān)電路層次設(shè)計(jì)。

(1)建立項(xiàng)目。

①執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建”→“Project”→“PCBProject”，建立工程“電話遙控開關(guān)電路層次設(shè)計(jì)1.PrjPcb”。

②執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建”→“Schematic”，為項(xiàng)目新添加3張?jiān)韴D紙并分別命名為“母圖1.SchDoc”、“Power1.SchDoc”和“YKKG1.SchDoc”。

(2)繪制子圖。

參照?qǐng)D3-3和圖3-4完成兩張?jiān)韴D的繪制。

圖3-3子圖Power1.SchDoc圖3-4子圖YKKG1.SchDoc

(3)由子圖生成子圖符號(hào)。

①將“母圖1.SchDoc”置為當(dāng)前文件。

②執(zhí)行菜單命令“設(shè)計(jì)”→“HDL文件或圖紙生成圖表符”，彈出“ChooseDocumenttoPlace”(選擇文件)對(duì)話框，如圖3-5所示(當(dāng)前文件不會(huì)出現(xiàn)在對(duì)話框中)。將光標(biāo)移至文件名“YKKG1.SchDoc”上，單擊選中該文件(高亮狀態(tài))。

圖3-5“ChooseDocumenttoPlace”對(duì)話框

③單擊“OK”按鈕確認(rèn)，系統(tǒng)生成代表原理圖的子圖符號(hào)，如圖3-6所示。

圖3-6YKKG1.SchDoc生成的子圖符號(hào)

④在圖紙上單擊鼠標(biāo)左鍵，將其放置在圖紙上。采用同樣的方法將“Power1.SchDoc”生成的子圖符號(hào)放置在圖紙上，如圖3-7所示。

圖3-7由原理圖生成的子圖符號(hào)

⑤子圖符號(hào)中圖紙符號(hào)和圖紙入口的編輯方法如前所述。需要注意的是，生成如圖3-7所示的子圖符號(hào)時(shí)，圖紙入口的箭頭都向右，需要進(jìn)行編輯才能使其端口和原理圖中的端口排列方式相同。最后用導(dǎo)線將兩個(gè)子圖符號(hào)連接起來(lái)，如圖3-8所示，保存，完成自下而上的層次設(shè)計(jì)。

圖3-8完成的母圖

3.3自上而下的層次原理圖的設(shè)計(jì)

在采用自上而下設(shè)計(jì)層次原理圖時(shí)，首先建立方塊電路(即母圖)，再制作該方塊電路相對(duì)應(yīng)的原理圖(即子圖)文件。而在制作原理圖時(shí)，其I/O端口符號(hào)必須和方塊電路的I/O端口符號(hào)相對(duì)應(yīng)。AltiumDesigner提供了一條捷徑，即由方塊電路端口符號(hào)直接產(chǎn)生原理圖的端口符號(hào)。

下面仍然以“電話遙控開關(guān)電路”的電路設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要介紹自上而下進(jìn)行層次設(shè)計(jì)的操作步驟。

根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，電話遙控開關(guān)電路由兩個(gè)功能模塊來(lái)具體實(shí)現(xiàn)，每一功能模塊都涉及一個(gè)子原理圖，首先應(yīng)完成頂層原理圖的繪制。

1.繪制頂層原理圖

(1)執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建”→“Project”→“PCBProject”，新建工程“電話遙控開關(guān)電路層次設(shè)計(jì)1.PrjPcb”，再執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建”→“Schematic”，在工程中添加一個(gè)電路原理圖文件，將其保存為“母圖1.SchDoc”，并設(shè)置好圖紙參數(shù)。

(2)將“母圖1.SchDoc”原理圖置為當(dāng)前文件，執(zhí)行“放置”→“圖表符”命令或者單擊“布線”工具欄中的“放置圖標(biāo)符”圖標(biāo)，光標(biāo)變?yōu)槭中危в幸粋€(gè)方塊形狀的圖表符。

(3)單擊鼠標(biāo)確定方塊的一個(gè)頂點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)到適當(dāng)位置，再次單擊確定方塊的另一個(gè)頂點(diǎn)，即完成了圖標(biāo)符的放置，如圖3-9所示。

圖3-9放置圖標(biāo)符

(4)雙擊所放置的圖標(biāo)符(或在放置狀態(tài)下按Tab鍵)，打開“方塊符號(hào)”對(duì)話框，如圖3-10所示，在該對(duì)話框中可以設(shè)置相關(guān)的屬性參數(shù)。

圖3-10“方塊符號(hào)”對(duì)話框

(5)在圖3-10中，在“標(biāo)識(shí)”文本框中輸入圖標(biāo)符標(biāo)識(shí)“U_Power1”，在“文件名”文本框中輸入所代表的子原理圖文件名“Power1.SchDoc”，并設(shè)置是否隱藏以及鎖定等。設(shè)置后的圖標(biāo)符如圖3-11所示。

圖3-11設(shè)置后的圖標(biāo)符

(6)按照同樣的操作，放置另外一個(gè)圖標(biāo)符，并設(shè)置好相應(yīng)的屬性，如圖3-12所示。

圖3-12放置2個(gè)圖標(biāo)符

(7)執(zhí)行“放置”→“添加圖紙入口”命令或者單擊“布線”工具欄中的“放置圖紙入口”圖標(biāo)，光標(biāo)變?yōu)槭中危в幸粋€(gè)圖紙入口的虛影。

(8)移動(dòng)光標(biāo)到圖標(biāo)符的內(nèi)部，圖紙入口清晰出現(xiàn)，沿著圖標(biāo)符內(nèi)部的邊框，隨光標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng)。在適當(dāng)?shù)奈恢脝螕羰髽?biāo)左鍵即完成放置。連續(xù)操作，可放置多個(gè)圖紙入口，如圖3-13所示。

圖3-13放置圖紙入口

(9)雙擊所放置的圖紙入口(或在放置狀態(tài)下按Tab鍵)，打開如圖3-14所示的“方塊入口”對(duì)話框，在該對(duì)話框中可以設(shè)置圖紙入口的相關(guān)屬性。

(10)設(shè)置完畢，單擊“確定”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。

圖3-14“方塊入口”對(duì)話框

(11)進(jìn)行連續(xù)操作，放置所有的圖紙入口，并進(jìn)行屬性設(shè)置。調(diào)整圖表符及圖紙入口的位置，最后使用導(dǎo)線將對(duì)應(yīng)的圖紙入口連接起來(lái)，完成頂層原理圖的繪制，如圖3-15所示。

圖3-15頂層原理圖

2.產(chǎn)生圖紙并繪制子原理圖

(1)執(zhí)行“設(shè)計(jì)”→“產(chǎn)生圖紙”命令，光標(biāo)變?yōu)槭中?，移?dòng)光標(biāo)到某一圖標(biāo)符內(nèi)部，如圖3-16所示。

圖3-16十字光標(biāo)移動(dòng)到圖標(biāo)符內(nèi)

(2)單擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)新的原理圖文件，名稱為“Power1.SchDoc”，與相應(yīng)圖標(biāo)符所代表的子原理圖文件名一致，同時(shí)在該原理圖中放置了與圖紙入口相對(duì)應(yīng)的輸入、輸出端口，如圖3-17所示。

圖3-17生成子原理圖

(3)放置各種所需的元件并進(jìn)行設(shè)置、連接，完成子原理圖“Power1.SchDoc”的繪制，如圖3-3所示。

(4)由另外一個(gè)圖標(biāo)符生成對(duì)應(yīng)的子原理圖“YKKG1.SchDoc”，繪圖完成后，如圖3-4所示。

一般來(lái)說(shuō)，自上而下和自下而上的層次設(shè)計(jì)方法都是切實(shí)可行的，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和具體的設(shè)計(jì)需求選擇使用。

3.4層次原理圖的層次切換

層次原理圖結(jié)構(gòu)清晰明了，比簡(jiǎn)單的多電路原理圖設(shè)計(jì)更容易從整體上把握系統(tǒng)的功能。在進(jìn)行多圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，如果涉及的層次較多，則結(jié)構(gòu)會(huì)變得較為復(fù)雜。為了便于用戶在復(fù)雜的層次之間方便地進(jìn)行切換，AltiumDesigner系統(tǒng)提供了專用的切換命令，可實(shí)現(xiàn)多張?jiān)韴D的同步查看和編輯。

下面仍然以“電話遙控開關(guān)電路”的電路設(shè)計(jì)為例，使用層次切換的命令來(lái)完成層次之間切換的具體操作。

(1)打開工程“電話遙控開關(guān)電路層次設(shè)計(jì)1.PrjPcb”。

(2)在頂層原理圖“母圖1.SchDoc”中執(zhí)行“工具”→“上/下層切換”命令，或者單擊“原理圖標(biāo)準(zhǔn)”工具欄中的按鈕，光標(biāo)變?yōu)槭中巍?/p>

(3)移動(dòng)光標(biāo)到某一個(gè)圖標(biāo)符上，單擊鼠標(biāo)左鍵，對(duì)應(yīng)的子原理圖被打開并顯示在編輯窗口中，此時(shí)光標(biāo)仍為十字形，處于切換狀態(tài)中，如圖3-18所示。

圖3-18切換到子原理圖

(4)若移動(dòng)光標(biāo)到某一端口如“+5V”上，單擊鼠標(biāo)左鍵，則返回頂層原理圖“母圖1.SchDoc”，具有相同名稱的圖紙入口被高亮顯示，其余對(duì)象處于掩膜狀態(tài)，如圖3-19所示。

圖3-19切換回頂層原理圖

3.5層次原理圖設(shè)計(jì)的連通性

在單個(gè)原理圖中，兩點(diǎn)之間的電氣連接可以直接使用導(dǎo)線，也可以通過(guò)設(shè)置相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)來(lái)完成，而在多圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，則涉及了不同圖紙之間的信號(hào)連通性。這種連通性包括橫向連接和縱向連接兩個(gè)方面：對(duì)于位于同一層次上的子原理圖來(lái)說(shuō)，它們之間的信號(hào)連通就是一種橫向連接，而不同層次之間的信號(hào)連通則是縱向連接。不同的連通性可以采用不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用到的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符有如下幾種。

1.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)一般僅用于單個(gè)原理圖內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接。在進(jìn)行多圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，在整個(gè)工程中完全沒(méi)有端口和圖紙入口的情況下，AltiumDesigner系統(tǒng)自動(dòng)將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)提升為全局的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，在匹配的情況下可進(jìn)行全局連接，而不再僅限于單個(gè)圖紙。

2.端口

端口主要用于多個(gè)圖紙之間的交互連接。在進(jìn)行多圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，既可用于縱向連接，也可用于橫向連接?？v向連接時(shí)，只能連接子圖紙和上層圖紙之間的信號(hào)，并且需和圖紙入口匹配使用；而當(dāng)設(shè)計(jì)中只有端口，沒(méi)有圖紙入口時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將端口提升為全局端口，從而忽略多層次的結(jié)構(gòu)，把工程中的所有匹配端口都連接在一起，形成橫向連接。

3.圖紙入口

圖紙入口只能位于圖標(biāo)符內(nèi)，且只能縱向連接到圖標(biāo)符所調(diào)用的下層文件的端口處。

4.電源端口

不管工程的結(jié)構(gòu)如何，電源端口總是會(huì)全局連接到工程中的所有匹配對(duì)象處。

5.離圖連接

若在某一圖標(biāo)符的“文件名”文本框中輸入多個(gè)子原理圖文件的名稱，并用分號(hào)隔開，則