SciTech-EECS-电路设计-PCB设计-原理图设计-Schematic library(原理图元器件库)的设置 及 为新 “Component(元器件)” 新增“Symbol(符号封装)

Altium官方的“原理图设计”文档:

“Celestial Altium Library” provides a high quality, free, open source cloud hosted Altium Library with over 100,000 components.

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Install the Library

  • Tell Altium where to find the library.
  • Set Altium Preferences
  • Open the library preferences window

In the Components Panel, click the menu button and choose File-based Libraries Preferences.
Install the library
In the Available File-based Libraries window that pops up, click on the Installed tab, then the Install button.
Select the DbLib you downloaded to the directory you cloned the library to, then close the Available File-based Libraries window.

Use the Library

  • Success! Altium is now configured to use the database library!
  • Finding the Views
    The Components Panel will now contain dozens of views containing the components of the library in an organised fashion.
    If you can't see any components in the views, take a look at the Troubleshooting Guide.

原理图绘制的“环境参数设置”

设置原理图绘制的“环境参数”步骤大体有:

  1. 在ad软件主界面菜单, 选择 “File->New->Project”，在创建工程的窗口，
    看见一个名称为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。
  2. 按照前面所介绍的“添加原理图”的方法，添加名称为“Sheet1.SchDoc”的“原理图文件”。
  3. 在ad软件主界面菜单，单击右侧的“Preferences标签”，
    点击“左侧导航栏”层叠的“Schematic -> General(原理图通用设置)”路径,
    原理图绘制的“参数设置界面”包含:
    • Units(单位),
    • Options(选项),
    • Include with Clipboard(剪贴板设置),
    • Alpha Number Suffix(字母数字后缀设置),
    • Pin Margin(引脚间距),
    • Auto Increment During Placement(放置时自动增量),
    • Port cross references(端口交叉引用),
    • Default Blank Sheet Template or Size(默认空白图纸的模板或尺寸 ),
    • File Format Change Report(文件格式变更报告).
    • 其他.

Schematic Library(原理图的“元器件库”)设置

  • Component(元器件) 的“Schematic Packaging(原理图封装)”用于“原理图的设计”，
    它是Component Ports(元器件端口) 的Connections(连接关系)的“Symbol Description(符号描述)”。
  • 在完成"元器件的原理图符号"和"PCB封装"的设计后, 通过分配"模型和参数"的方法, 实现它们之间的对应关系 。
  • 在绘制“Component Schematic Symbol(元器件原理图符号封装)”之前,
    介绍一些和绘制“元器件原理图符号”有关的术语，以帮助读者更深刻地理解元器件的“原理图符号”和“封装”的绘制原理。

“Component Schematic Symbol(元器件原理图符号)”术语

  1. Object(对象)
    Object是指可以放置在“原理图库编辑器”的“空间内”的，
    任何一个单个的条目，如 Pin引脚、Line线、Arc圆弧，多边形 和 IEEE符号 等.
    注意: 在放置object时:

    • 可更改 IEEE符号 的尺寸。
    • 当放置object时，可通过按“+”或“-”按键，放大或缩小符号。

  2. Part(部分)
    Object图形的集合, 用来表示有 Muliti-Part(多个部分)的一个part,
    或在表示一个“通用元器件”或“单封装元器件”情况的一个“库元器件”。
    例如: 7404 内总共有 6个反相器，每个反相器作为7404的一个part。

  3. Part Zero(部分零)
    在有 multi-part 的Component(元器件)的情况，可使用 part zero。
    它是一个特殊的“非可见部分”，当把“元器件”添加到“原理图”时，
    添加到 part zero 的 pin引脚, 被自动添加到包含“该Component(元器件)”的任一 part。
    将一个 pin引脚 添加到 part zero，就可在任一引用此 part zero 的 part，进行 placement放置 并 edit编辑。
    并且在** “Pin Properties(引脚属性)”对话框内 将 “Part Number” 属性设置为 Zero**。

  4. Component(元器件)
    可以是一个单个 part(部分), 如一个电阻;
    也可以是 a set of part("部分"的集合), 这个 a set of part 作为一个整体被封装在一起。
    如:,一个74HCT32 就是 a set of part.

  5. Aliases(别名)
    当一个“库元器件”有多个名称，而且它们共用同一个“元器件描述和图形”时，
    可以使用“命名系统”的“aliases别名”功能，既使"元器件库"更紧凑, 而且使数据一致可靠.
    但是, 当使用“数据库”管理“元器件库”时, 使用 aliases别名 则变得过时.
    如74LS04和74ACT04，其 aliase别名 为 7404。

  6. Hidden Pins(隐藏引脚)

    • 这些 pins 存在于“元器件”上，但“不需要显示”这些引脚。
    • 典型的有“Power Pins(电源引脚)” , 该 pins(引脚) 能“自动连接”到 “Pins Properties”对话框内指定的“network网络”，这个 “network网络”不需要显示在原理图。
    • 创建这种 hidden pins(隐藏引脚) 可将“network name(网络名称)”相同的所有“Network(网络)”连接在一起。
      如果这些 “network网络”出现在 上一级 “network网络”，则不会“自动连接”。
    • 通过在 “Component Properties”对话框上选择“Show All Pins”选项，
      就可在“原理图”上显示 hidden pins(隐藏引脚).

  7. Mode(模式)

  • 一个元器件最多可以有255种不同的显示 mode(模式)。
  • mode(模式) 用于对 “IEEE元器件”的描述，例如用于 “Amplifier放大器”的 “可替换的引脚排列”等。
  • 使用AD软件主菜单的 “Tool -> Mode”的 sub-menu(子菜单)选项, 或 “Tool Bar工具栏”的“Mode”,
    可以为“元器件”添加新 “mode(模式)”。可在“原理图”上修改已显示“元器件”的 “mode模式”。

为“新元器件”创建“原理图符号封装”

即在 "Schematic Library"(原理图的'元器件'库) 为新 "Component(元器件) 创建“Symbol(符号封装)”。

  • 首先 Component(元器件) 是有许多 Parts(部分)组成,
  • 这些 Parts(部分) 分许多类型，每一种类型可能有“许多个”同类型的“实例”；
  • 每一个Part 都需要在“Schematic Library”有唯一的“Symbol(符号封装)”:
    • 要有一个“Designator编号”、一个“Part图形”，许多pins(引脚) 和 其他Properties属性。
    • 新 Part 的“Part图形”需要“手绘”或“导入” ，
      IEEE 符号，已经定义了许多常用的 Part图形。
    • 每个 Part 都有许多的 pins(引脚) 和 其他Properties。
    • 每个 Pin 也有许多properties，例如Electrical Type、Part Number、...
  • 因此, 为新“Component(元器件) 在 "Schematic Library" 新增“Symbol(符号封装)”就可:
    • 每个类型的Parts, 只需绘制并设置好一个Part的“Schematic Library Symbol(原理图库符号)”，
    • 再经过“复制已创建的 Part 并修改其参数”方式得到同类型的其余Parts的。
    • 对其他类型的Parts, 也可一一如此“绘制”和“复制”。
  • 经过“以上方式”完成新 Component(元器件) 入库“Schematic library”, 电路图设计时就可被引用 。
  • Finally，就可对“整个Component(元器件)”及其所有 Parts(部分) “描述其原理”。

对于复杂 Component的“原理图符号封装”的绘制，通常需要几个部分才能描述明白，所以需要精心规划。

  • 总的原则是“简明扼要”，便于原理图的绘制。
  • 通常按照“功能的不同”划分“每个Part(部分)的“Schematic Symbol(原理图符号)”.
  • 绘制这类复杂 Component 的“原理图符号封装”时, 可以参考厂商所提供的类似器件的原理封装。
    以下是创建“Component(元器件) 的“Schematic Packaging Symbol(原理图符号封装)”的步骤:

  1. 在ad软件主界面菜单, 选择“Tools -> New Component”

  2. 出现“New Component Name(新元器件名称”对话框, 输入元器件的名称。例 “XC2S300E-6PQ208C”；

  3. Ad软件会自动打开 Component的 “Schematic Packaging Symbol(原理图符号封装)”界面 ，

  4. 绘制Part A的“Schematic Symbol原理图符号”:

    • 在设计界面, 右击, 弹出的“Context Menu(快捷菜单)”选择“Place -> Rectangle”绘制“矩形框”:
      注意绘制矩形时，大小要合适，应满足下面的规则:
      • Rectangle矩形框的"长度"，能容纳所要标记的 pins引脚 。
      • Rectangle矩形框的"宽度"，能放置所有 pins的名称的标注。
    • 在设计界面, 右击, 弹出的“Context Menu(快捷菜单)”选择“Place -> Pin”放置 Pins(引脚).
      放置的过程，按“Space空格键”可以调整 pin(引脚) 的方向。
    • 双击每个 pin(引脚), 打开其“Properties配置界面”:
      • “Name”域右侧，给出pin所显示的“名称”
      • “Designator”域右侧，给出pin(引脚)的“编号”
      • “Electrical Type”域右侧，所有 Pins 的都设置为“I/O”
    • 在设计界面, 右击, 弹出的“Context Menu(快捷菜单)”选择“Place -> Text String”放置 Text(文本字符串).
      放置好文本字符串后, 双击该“字符串”打开其“Properties”配置界面，在“Text”右侧输入 “BANK 0”~“BANK 7”。
    • 至此完成 Component(元器件)的 PART A(部分A) 的 “原理图符号封装设计”。

  5. 在AD软件主界面菜单, 选择“Place -> New Part”生成 Part B, 参照 Part A设计好.
    同理可完成其余 Parts.
    以为“LM324”(Component, 元器件) 创建一个“Schematic Library Symbol”原理图库符号封装(元器件)”为例。
    LM324(Component, 元器件) 有4个同类型的 Parts(部分), 即其4个“Amplifier放大器”。
    下面给出绘制 LM324 的“原理图符号”的主要步骤:

  6. 创建Schematic Library(原理图库文件):

    • Ad软件主界面菜单，选择“File->New->Library”,
    • 在 “NewLibrary对话框”上选择 LIBRARY TYPE为 FILE 类型。
    • 在 “Simple File-based Library”选择 “Schematic Library”，
      并单击“Create”按钮，生成名称为“SchLab1”的“Schematic Library库文件(*.SchLib)”，
      并将其保存到“mysch_library” 目录(如果没有可以新创建此目录)。

  7. 查找已在库的所有元器件的“原理图符号”:

    • 接着会自动弹出“原理图符号”设计界面。
    • 在ad软件主界面的左侧，出现“SCH Library对话框”,
      在此对话框的底部选择“SCH Library标签”,
      在该标签上的 “Components(元器件列表)”列出所有的元器件的“原理图符号封装”。

  8. 绘制图形:

    • 在“原理图符号设计界面”上，右击弹出“快捷菜单”上选择“Place -> Line”。
    • 用“Line直线”绘制“Amplifier放大器”的“三角形符号”。
    • 如果是其他类图形，根据需要选择“Arc弧线”或 “多边形”等。
    • 注意: 构建“符号”时, 只允许在“栅格”上画线，
      画完线后按照前面的方法打开其“Properties属性”对话框，
      可修改画好线的“长度，绘制位置和颜色”等属性。

  9. 修改图形属性:

    • 选中已绘制好的“三角形符号”，右击弹出“快捷菜单”上选择“Properties”，
    • 在弹出的“Properties属性”对话框上，将其颜色修改成“blue蓝色”。
    • 其他 properties属性, 可根据需要在“Properties属性”对话框上, 自由选择修改。

  10. 设置Text标题:

    • 选择 “Tool Bar(工具栏)” 上的 “Text”
    • 为放大器的“三角形图形”添加极性符号“-”和“+”标题。

  11. 添加 pins引脚:

    • 在有“已绘好的图形”的设计界面上，右击弹出“快捷菜单”，并选择“Place -> Pin”。
    • 添加标号为0~4的5个pins(引脚)。在添加 pins 时，按“Space空格键”可旋转“pin的方向”。

  12. 修改 pin(引脚)属性(双击 pin(引脚)可打开其“配置界面”).

    • 双击“标号”为“0”的 pin, 打开其“配置界面”, 按下面的参数配置:

      • Name: IN-，不选中右侧的“Visible”复选框(表示不显示该名称)。
      • Designator: 2,
      • Electrical Type: Input。
      • 其他按默认参数设置。

    • 双击“标号”为“1”的 pin, 打开其“配置界面”, 按下面的参数配置:

      • Name: 1 IN+，不选中右侧的“Visible”复选框(表示不显示该名称)。
      • Designator: 3,
      • Electrical Type: Input。
      • 其他按默认参数设置。

    • 双击“标号”为“2”的 pin, 打开其“配置界面”, 按下面的参数配置:

      • Name: 1 OUT，不选中右侧的“Visible”复选框(表示不显示该名称)。
      • Designator: 1,
      • Electrical Type: Output。
      • 其他按默认参数设置。

    • 双击“标号”为“3”的 pin, 打开其“配置界面”, 按下面的参数配置:

      • Name: GND，不选中右侧的“Visible”复选框(表示不显示该名称)。
      • Designator: 11,
      • Electrical Type: Power。
      • **Part Number: 0。(每个part(部分)都共有的pins(引脚)设置) **
      • 其他按默认参数设置。

    • 双击“标号”为“4”的 pin, 打开其“配置界面”, 按下面的参数配置:

      • Name: VCC，不选中右侧的“Visible”复选框(表示不显示该名称)。
      • Designator: 4,
      • Electrical Type: Power。
      • **Part Number: 0。(每个part(部分)都共有的pins(引脚)设置) **
      • 其他按默认参数设置。

    • 经过步骤，一个“修改pins(引脚)属性”后的“原理图符号”(用 Part A表示)就已做好。

  13. 生成类似的原理图符号:
    由于 LM324有4个通用的放大器，所以还需要生成其他3个放大器的“原理图符号”(其余三个部分)
    以下给出, 生成其余三部分的主要步骤 :

    1. 在ad软件主界面菜单, 选择“Tools -> New Part, 可以看到新生成的“Part B”,
      • 将先前步骤已做好的“Part A”原理图符号，复制到“Part B”，
      • 在 复制完成的“Part B”原理图符号的设计界面上，修改引脚标号和属性。
        • 共有pins: pin属性"Electric Type"为"Power"的"pin引脚", 都是共有的"VCC"或"GND",
          所以它们的标号“Designator”都分别是不变的“4(VCC)”和“11(GND)”。
        • 非共有pins: pin属性"Electric Type"不是"Power" 的那些“不共用”的"pin引脚",
          他们的标号“Designator”要以自然数集“自增编号”。
          例如:
          “已做好的第一个放大器”的"Electric Type"为"Input"和"Output"的pins(引脚),
          它们的标号“Designator”已经用完"1, 2, 3",
          那么复制出的“Part B”、“Part C”、“Part D”这其余3个“原理图符号”的,
          "Electric Type"为"Input"和"Output"的pins(引脚), 它们的标号“Designator”
          就要对应的分别改为"5, 6, 7"，"8, 9, 10"， "12, 13, 14".
      • 如果一个 Component(元器件) 有许多的细分“同类型的”Parts(部分)，
        同理, 可以先做好“第一个”原理图符号，然后，
        一一新建Part，并通过复制"首个"原理图符号，并修改好其 引脚标号和属性方式,
        做好其余的所有同类型的“Parts”。

  14. 修改 "Component Properties" 以完成在 "Schematic Library" 为 "Component(元器件) 创建“符号封装”。

    • 在第“1.”步，创建Schematic Library(原理图库文件)后，会自动弹出“原理图库符号”设计界面。
      即，在ad软件主界面的左侧出现的“SCH Library对话框”。
    • “SCH Library对话框”会列出 已有的 和 在建的 Components(元器件) 及其 Parts(部分).
    • 选中“Component列表”上的“Component_1”(当前在建的)名称,并双击可打开其“Properties”对话框。
    • 在建Component(元器件) 的“Properties对话框”，如下:
      • “Design Item ID” 右侧输入 “LM324”，
        此处修改完成后，Component列表上的 “Component_1”会更新成刚输入的“LM324”。
      • “Designator”确认是默认设置的“U?”, 表示以大写U开头(集成电路)，后接?表示编号。
      • “Comment”可根据需要修改为重要的“备注信息”。
    • 如有必要, 可在“SCH Library”对话框上，选中对应的 Component 或 Parts 一一修改。
    • 最终 就可以完成 新 Component(元器件) 在“Schematic Library”的“Symbol(符号封装)”创建。

为Component(元器件) 分配 Model(元器件模型)

Component(元器件) “逻辑”的“原理图封装符号”已新增完。
还要为其分配“物理”的“PCB Packaging Model(PCB封装模型)”
其实大多数的“PCB Packaging Model(PCB封装模型)”都是现成的，有标准的。

  • AD软件主界面菜单, 选择“Tools -> Model Manager”

    • 在“Model Manager(模型管理器)”对话框 ，
      左侧为导航栏。有列出所有的 Components 及其 Description; 还有“Search搜索框”可快捷检索。
      为 Component(元器件) 分配PCB封装模型。

    • 为 LM324(14Pin, SOP) 这个 Component(元器件)分配“PCB封装”:

      • 在“Model Manager(模型管理器)”对话框左侧“导航栏”的“Components列表”，
        选中 LM324，在“对话框右侧下方”单击“Add Footprint”按钮.

      • 出现“PCB Model(PCB模型)”对话框，单击“Browse”按钮.

      • 出现“Browse Libraries(浏览库)”对话框，单击“Libraries”栏右侧的“···”按钮.

      • 出现“Available File-based Libraries(可用文件式封装库)”对话框,

        • 下方的“Library Path Relative To: ”是AD软件系统级默认的“可用文件式封装库”的“当前已安装的路径”.
          如有必要可点击修改, 以安装更全面的封装库。
        • 点选头部“Installed”Tab, 在其下方的“Installed Libraries”列表栏，列出所有已安装的“封装库”。
          选择“SO14N.PcbLib”(即LM324的Packaging封装类型)，
          单击对话框下方的“Install按钮” ，进入“可用封装库”列表。

      • 在“Browse Libraries(浏览库)”对话框就会列出已经安装完成的 “SO14N.PcbLib”文件库的“PCB封装列表”。
        选择“SO14N”(PCB封装库之一), 并点击“OK”按钮.
        至此，完成为 LM324 Component(元器件) 安装及选择正确的"PCB Packaging(PCB封装)"或"Footprint"。

      • 返回到前面的“PCB Model”对话框，可看到分配完成的“PCB封装”的:

        • “Model(模型名称): 此处为“SO14N”
        • Type(类型): 常为“Footprint”
        • Description(描述): 此处为“SOP, 14－leads, Body 10.30×7.50mm, ...”

        单击“OK”按钮.

    • 为 XC2S300E-6PQ208C(208Pin PQFP) 这个 Component(元器件)分配“PCB封装”:

      • 在“Model Manager(模型管理器)”对话框左侧“导航栏”的“Components列表”，
        选中 XC2S300E-6PC，在“对话框右侧下方”单击“Add Footprint”按钮.
      • 出现“PCB Model(PCB模型)”对话框，单击“Browse”按钮.
      • 出现“Browse Libraries(浏览库)”对话框，单击“Libraries”栏右侧的“···”按钮.
      • 出现“Available File-based Libraries(可用文件式封装库)”对话框,
        此处需要添加“Xilinx Footprints.PcbLib 库内的PCB封装列表。
        添加完成后，选择“PQ208_M”, 即 “XC2S300E-6PQ208C”的 “PCB Packaging(封装类型)”.
        并单击“OK”按钮。
        至此，完成为 XC2S300E-6PQ208C Component(元器件)安装及选择正确的"PCB Packaging(PCB封装)"或"Footprint"。
      • 返回到前面的“PCB Model”对话框，可看到分配完成的“PCB封装”。
        单击“OK”按钮.

    • 至此完成 所有目标 Components(元器件) 的,
      “Schematic Symbol(原理图符号) 和 其“PCB Packaging(PCB封装)”之间的关联。

  • 此外, AD软件还提供了下面的库:

    • Simulation: 仿真库，用于 SPICE仿真.
    • PCB3D: PCB的3D显示
    • Signal Integrity: 信号完整性, IBIS模型库, 用于PCB的验证，后面将进行详细的说明。

    读者可以根据设计的需要，添加这些库用于不同的设计目的。

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