altiumdesigner教学PPT-第5章.ppt
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1、层次式原理图设计 n前面我们介绍了一般电路原理图的基本设计方法,即将整个系统的电路绘制在一张原理图上。这种方法适用于规模较小、逻辑结构较简单的系统电路设计。而对于大规模的电路系统来说,由于所包含的电器对象数量繁多,结构关系复杂,很难在一张原理图上完整地绘制出来,其错综复杂的结构也非常不利于电路的阅读、分析与检查。因此,对于大规模的复杂系统,应该采用另外一种设计方法,即层次式原理图设计方法。将整体系统按照功能分解成若干个电路模块,每个电路模块具有特定的独立功能及相对独立性,可以由不同的设计者分别绘制在不同的原理图上。这样可以使电路结构更清晰,同时也便于设计团队共同参与设计,加快工作进程。n层次式
2、原理图设计是实践的基础上提出的,是随着计算机技术的发展而逐步实现的一种先进的原理图设计方法。一个非常庞大的原理图,可称之为项目,不可能将它一次完成,也不可能将这个原理图花在一张图纸上,更不可能由一个人单独完成。Altimu designer 提供了一个很好的项目设计工作环境,整个原理图可划分为多个功能模块。这样,整个项目可以分层次并行设计,使得设计进程大大加快。层次式原理图设计的结构n层次电路原理图的设计理念是将整体系统进行分层,即进行模块划分。将整体系统按照功能分解成若干个逻辑互连的电路模块,每个电路模块能够完成一定的独立功能,具有相对独立性,可以由不同的设计者分别绘制在不同的原理图纸上。这
3、样,就把一个复杂的大规模原理图设计分解为多个相对简单的小型原理图设计,整体结构清晰,功能明确,同时也便于多人共同参与开发,提高了设计的效率。nAltium Designer 系统支持分层的电路原理图设计方法,其原理图编辑器能够保证任意复杂度的设计输入,可以方便地把设计加以分层。针对某一具体的功能模块所绘制的电路原理图,一般称为“子原理图”,而各个功能模块之间的连接关系则是采用一个“顶层原理图”来完成。如图5-1所示的是一个两级层次原理图的基本结构,由顶层原理图和子原理图共同组成。层次式原理图设计的结构 n图5-1 层次原理图基本结构n用户可以将整个产品系统划分为若干个子系统,每一个子系统可以划
4、分为若干个功能模块,而每一个功能模块还可以再细分为若干个基本的小模块,这样依次细分下去,把整个系统划分成了多个层次,电路设计由繁变简。理论上,同一个项目中可以包含无限分层深度的无限张电路原理图。层次式原理图设计的结构n顶层原理图n顶层原理图的主要构成元素不是具体的元器件,而是代表子原理图的“图纸符号”及表示连接关系的“图纸入口”,如图5-2所示。n图5-2 顶层原理图的组成层次式原理图设计的具体实现n自上而下的层次设计n对于一个庞大的电路设计任务来说,用户不可能一次完成,也不可能在一张电路图中绘制,更不可能一个人完成。Altium Designer充分满足了用户在实践中的需求,提供了一个层次电
5、路设计方案。n层次设计方案实际上是一种模块化的方法。用户将系统划分为多个子系统,子系统又由多个功能模块构成,在大的工程项目中,还可将设计进一步细化。将项目分层后,即可分别完成各子块,子块之间通过定义好的连接方式连接,即可完成整个电路的设计。自上而下电路设计流程如图5-3所示。n图5-3 自上而下电路设计流程图自上而下的层次设计n自上而下的层次设计(双声道极高保真音频功放系统)n根据前面的设计,双声道极高保真音频功放系统是由左声道、右声道以及电源3个功能模块来具体实现的,每一功能模块都涉及一个子原理图,我们首先完成顶层原理图的绘制。n绘制顶层原理图n新建工程“AMP.PrjPCB”,并在工程中添
6、加一个电路原理图文件,保存为“AMP. SchDoc ”,并设置好图纸参数。n执行【放置】/【图表符】命令或者单击【布线】工具栏中的放置图表符图标,光标变为十字型,并带有一个方块形状的图表符。n单击鼠标确定方块的一个顶点,移动鼠标到适当位置,再次单击确定方块的另一个顶点,即完成了图表符的放置,如图5-4所示。n图5-4 放置图表符 自上而下的层次设计n双击所放置的图表符(或在放置状态下,按Tab键),打开【方块符号】对话框(图5-5所示),在该对话框内可以设置相关的属性参数。n在【标识】栏中输入图表符标识“AMP1”,在【文件名】栏中输入所代表的子原理图文件名“Channel_L”,并可设置是
7、否隐藏以及是否锁定等,如图5-6所示。n图5-5 属性设置 图5-6 设置标识及文件名自上而下的层次设计n设置后的图表符如图5-7所示。n 图5-7 设置后的图表符 图5-8 放置3个图表符n按照同样的操作,放置另外2个图表符,并设置好相应的属性,如图5-8所示。自上而下的层次设计n执行【放置】/【添加图纸入口】命令或者单击【布线】工具栏中的放置图纸入口图标,光标变为十字型,并带有一个图纸入口的虚影。n移动光标到图表符的内部,图纸入口清晰出现,沿着图表符内部的边框,随光标的移动而移动。在适当的位置单击鼠标即完成放置。连续操作,可放置多个图纸入口,如图5-9所示。n n图5-9 放置图纸入口 自
8、上而下的层次设计n双击所放置的图纸入口(或在放置状态下,按Tab键),打开如图5-10所示的【图纸入口】对话框,在该对话框内可以设置图纸入口的相关属性。n设置完毕,单击“确定”按钮,关闭对话框。n连续操作,放置所有的图纸入口,并进行属性设置。调整图表符及图纸入口的位置,最后使用导线将对应的图纸入口连接起来,完成顶层原理图的绘制,如图5-11所示。n 图5-10 属性设置 图5-11 绘制的顶层原理图自上而下的层次设计n产生图纸并绘制子原理图n1) 执行【设计】/【产生图纸】命令,光标变为十字型,移动光标到某一图表符内部,如“AMP1”。n2) 单击鼠标后,系统自动生成了一个新的原理图文件,名称
9、为“Channel_L.SchDoc”,与相应图表符所代表的子原理图文件名一致,同时在该原理图中放置了与图纸入口相对应的输入/输出端口,如图5-12所示。n n图5-12 生成子原理图自上而下的层次设计n放置各种所需的元件并进行设置、连接,完成子原理图“Channel_L.SchDoc”的绘制,如前面图5-13所示。n图5-13 子原理图“Channel_L.SchDoc”自上而下的层次设计n同样,由另外2个图表符 “Channel_R”、“Power”,可以生成对应的2个子原理图文件“Channel_R.SchDoc”、“Power.SchDoc”,绘制完成后,分别如前面图5-14、5-15
10、所示。n图5-14 子原理图“Channel_R.SchDoc”自上而下的层次设计n图5-15 子原理图“Power.SchDoc”n至此,我们采用自上而下的层次设计方法,完成了“双声道极高保真音频功放”的整体系统设计。自下而上的层次设计n在电子产品的开发过程中,采用不同的逻辑模块,进行不同的组合,会形成功能完全不同的电子产品系统。用户完全可以根据自己的设计目标,先选取或者先设计若干个不同功能的逻辑模块,之后通过灵活组合,来最终形成符合设计需求的完整电子系统。这样一个过程,可以借助于自下而上的层次设计方式来完成。n使用自下而上设计方法,即先子模块后主模块,先底层后顶层,先部分后整体。自下而上设
11、计电路流程如图5-16所示。n图5-16 自下而上设计电路流程图自下而上的层次设计n接下来,我们以“双声道极高保真音频功放系统”的电路设计为例,详细介绍层次设计的具体实现过程。n自下而上的层次设计(双声道极高保真音频功放系统)nLME49830是美国国家半导体公司生产的一款功率放大器输入级集成电路,具有低噪声和极低失真的优越性能,有效消除了分立器件输入级所带来的诸多设计问题,并支持超过1KW水平的输出功率,能够与许多不同拓扑结构的输出级配置使用,可为用户提供个性化、高性能的最终产品。n在本设计方案中,我们将采用LME49830作为功放系统的主芯片,具体的实现主要通过3个功能模块:左声道、右声道
12、以及电源模块。自下而上的层次设计n自下而上的层次设计(双声道极高保真音频功放系统)n底层模块设计绘制子原理图n启动Altium Designer Summer 09,打开【Files】面板,在【新的】栏中单击【Blank Project(PCB)】,则在【Projects】面板中出现了新建的工程文件,系统提供的默认名为“PCBProject1.PrjPCB”,将其保存为“Audio AMP.PrjPCB”,完成工程创建。n在工程文件“Audio AMP.PrjPCB”上单击鼠标右键,执行【给工程添加新的】/【Schematic】命令,在该工程中添加3个电路原理图文件,分别另存为“AMP_L.
13、SchDoc”、“AMP_R. SchDoc”、“POWER. SchDoc”,如图5-17所示。n图5-17 新建工程及原理图文件自下而上的层次设计n打开前面所创建的电路原理图文件“AMP_L. SchDoc”,在编辑窗口内单击鼠标右键,在弹出的菜单中执行【选项】/【文档选项】或【文件参数】命令,在打开的【文档选项】对话框中进行图纸参数的有关设置。n本设计中用到的主芯片LME49830需要在系统提供的集成库中进行查找。其余所用元件在系统默认加载的2个集成库:“Miscellaneous Devices.IntLib”和“Miscellaneous Connectors.IntLib”中都可找
14、到。n打开【库】面板,单击“搜索”按钮,在弹出的【搜索库】对话框中查找元件LME49830,搜索结果如图5-18所示。图5-18 查找元件LME49830 自下而上的层次设计n单击“Place LME49830TB”按钮,可放置元件LME49830TB,如图5-19所示。n在原理图库文件编辑环境中对该元件的原理图符号、引脚位置等进行编辑,编辑后如图5-20所示。n图5-19 放置LME49830TB 图5-20 编辑后的原理图符号 自下而上的层次设计n按照前面所讲述的电路原理图绘制步骤,放置各种元件,编辑相应的属性,绘制导线进行电气连接,并使用了3个电源端口:“DC+40V_L”、“DC-40
15、V_L”、“GND_L”,如图5-21所示。n图5-21 初步绘制的原理图“AMP_L. SchDoc”自下而上的层次设计n执行【放置】/【端口】命令,或者,单击【布线】工具栏中的放置端口图标,在对应位置处放置输入/输出端口,并使用【端口属性】对话框进行属性设置,最后完成的原理图“AMP_L. SchDoc”如图5-13所示。n图5-13 子原理图“Channel_L.SchDoc”自下而上的层次设计n按照同样的操作过程,完成子原理图“AMP_R. SchDoc”、“POWER. SchDoc”的绘制,分别如图5-14、5-15所示。n图5-14 子原理图“Channel_R.SchDoc”n
16、图5-15 子原理图“Power.SchDoc”自下而上的层次设计n生成图表符并完成顶层原理图n在当前工程“Audio AMP.PrjPCB”中添加一个新的电路原理图文件,保存为“Audio AMP. SchDoc”,作为顶层原理图,如图5-22所示。n打开原理图文件“Audio AMP. SchDoc”,设置好图纸参数。执行【设计】/【HDL文件或图纸生成图表符】命令,则系统弹出如图5-23所示的【Choose Document to Place】(选择文件放置)对话框。n 图5-22 新建原理图 图5-23 【Choose Document to Place】对话框自下而上的层次设计n在该
17、对话框中,列出了同一工程中的所有原理图文件(不包括当前的原理图),用户可以选择其中的任何一个来生成图表符。n选择原理图文件“AMP_L. SchDoc”,单击“确定”按钮后,对话框关闭。在编辑窗口中生成了一个图表符符号,随着光标的移动而移动。选择适当位置,单击鼠标左键,即可将该图表符放置在顶层原理图中,如图5-24所示。n图5-24 生成的图表符n在该对话框中,列出了同一工程中的所有原理图文件(不包括当前的原理图),用户可以选择其中的任何一个来生成图表符。 自下而上的层次设计n按照同样的操作,由另外的2个子原理图生成对应的图表符,如图5-25所示。n 图5-25 生成3个图表符 图5-26 属
18、性设置n由系统自动生成的图表符不一定完全符合用户的设计需求,很多时候还需要进一步的编辑、修改。n双击所生成的图表符,在打开的【方块符号】对话框中,可设置“颜色”、“标识”等属性,如图5-26所示。自下而上的层次设计n用鼠标单击图表符,则在其边框会出现一些绿色的小方块,拖动这些小方块,可以改变图表符的形状和大小。n用鼠标单击图纸入口,拖动到合适的位置处,以便于连线。调整后的图表符及图纸入口如图5-27所示。n图5-27 调整后的图表符及图纸入口自下而上的层次设计n单击【布线】工具栏中的放置线图标,将对应的图纸入口进行连接,完成顶层原理图,如图5-29所示。n 图5-29 顶层原理图 图5-30
19、编译后的层次结构n对工程“Audio AMP.PrjPCB”进行编译后,各个原理图之间的逻辑关系被识别。此时,在【Projects】面板上,显示出了工程的层次结构,如图5-30所示。层次式原理图的层次切换n在同时读入或编辑层次电路的多张原理图时,往往需要同时处理多张原理图,不同层次电路图之间的切换是必不可少的操作,为了便于用户在复杂的层次之间方便地进行切换,Altium Designer系统提供了专用的切换命令,可实现多张原理图的同步查看和编辑。层次式原理图的层次切换n层次之间的切换n下面,我们以前面所绘制的双声道极高保真音频功放系统为例,使用层次切换的命令,来完成层次之间切换的具体操作。n打
20、开工程“Audio AMP.PrjPCB”。n在顶层原理图“Audio AMP. SchDoc”中,执行【工具】/【上/下层次】命令,或者单击【原理图标准】工具栏中的按钮,光标变为十字型。层次式原理图的层次切换n移动光标到某一图表符如“AMP3”处,放在某一个图纸入口如“DC+40V_L”上。单击鼠标,对应的子原理图“POWER.SchDoc”被打开,显示在编辑窗口中,具有相同名称的输入端口“DC+40V_L”处于高亮显示的状态,其余对象则处于掩膜状态。此时,光标仍为十字型,处于切换状态中,如图5-31所示。n图5-31 切换到子原理图层次式原理图的层次切换n若移动光标到某一端口如“DC+40
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