AD10层次化设计

1、Altium Designer 10 入门知识

1.1.1 什么是 Altium Designer

Altium Designer 提供了统一的应用方案，是 Protel（经典版本为 Protel 99se）的升级版本，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和 FPGA 系统设计、基于 FPGA 和分立处理器的嵌入式软件开发以及 PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能 , 使得 Altium Designer 成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。

1.1.2.Altium Designer 10 的特点

与过去以季节性主题（如 Winter09，Summer09）来命名的方案不同，而是采用新型的平实的编号形式来为新的发布版本进行命名。最新发布的 Altium Designer - Release 10 将继续保持不断插入新的功能和技术的过程，使得您可以更方便轻松地创建您的下一代电子产品设计。 Altium的统一的设计架构以将硬件，软件和可编程硬件等等集成到一个单一的应用程序中而闻名。它可让您在一个项目内，甚或是整个团队里自由地探索和开发新的设计创意和设计思想，团队中的每个人都拥有对于整个设计过程的统一的设计视图。

显著亮点如下：

提供了将设计数据管理置于设计流程核心地位的全新桌面平台。

提供了新的维度，以供器件数据的搜寻和管理，确保输出到制造厂的设计数据具有准确性和可重复性。

为设计环境提供供应链信息的智能链接，确保对元器件的使用有更好的选择。

提供了涵盖整个设计与生产生命周期的器件数据管理方案，而结构性的输出流程更是确保了输出信息的完整性。

R10 系列的增强功能包括：输出 Output Job 编辑器、内电层分割加速改善、弹出式的多边形铺铜管理器、Atmel QTouch 支持、自定制的笛卡尔直角和极坐标栅格、Aldec HDL 仿真功能、实现比使用指针更多的 GUI 增强，以及随着 Altium Designer10 临近发布日前，我们将构建其中的更多酷炫功能。而且，其平台稳定性也得到了增强。

1.3 整体流程

1.3.1、方案分析
对于所面临的具体项目，工程师首先做的是不同方案整体原理设计，然后是方案比较与确定，元件选择。

1.3.2、电路仿真
对方案中确定的整体电路或局部电路要做电路仿真，以此做电路参数估算，并借鉴仿真结果修改设计方案中的缺陷。

1.3.3 设计原理图
原理图设计部分同时需要做的原理图库的设计，虽然 Altium Designer 10 软件自带一部分库，但不是包含市面上所有的元件，尤其是最新推出元件。在原理图绘制过程中，有整体原理图的复杂程度决定采用何种结构的设计方式。通常所说的层次原理图设计，就为工程师做复杂电路板提供了便捷。原理图设计后期，用 ERC（Electrical Rules Check）工作查错，找出错误原因并修改原理图。

1.3.4 设计组建的封装
对器件的封装设计，主要是查看器件手册。也可以直接用测量工具测量器件的实际工具，然后再做封装。

1.3.5 PCB 板设计
工程师在确定 PCB 机械尺寸后，就将通过 ERC 测试的原路图导入 PCB 板中，根据项目的实际要求设置 PCB 的规则，板的层数等。布局在 PCB 设计中占大部分时间，一个优秀的硬件工程师对布局的要求是很苛刻，尤其是电磁兼容性问题。布局完成后接下来布线、泪滴、铺铜，DRC（Designer Rule Check ）测试。

1.3.6 校对审核
工程师完成 PCB 设计后，需要对自己设计的电路进行校对，确定方案中设计的硬件电路在设计中没有因特殊原因被误修改。对于复杂的电路板，多人分工合作，最终由 PCB 工程师布线完成，更需要多人对各自设计的电路图与 PCB 部分进行校对，最终由项目工程师做整体审核。

1.3.7 文档整理
这部分主要分三部分人的工作：导出制板所需的 GERBER 文档，料单 (BOM) 生产，导出原理图文件，打印输出。

2、Altium Designer 10 建立项目

Altium Designer 10 的所有电路设计工作都必须在 Design Explorer（设计管理器）中进行，同时设计管理器也是 Altium Designer 10 启动后的主工作接口。设计管理器具有友好的人机接口，而且设计功能强大，使用方便，易于上手。因此本章将对设计管理器中关于电路板设计的使用进行的介绍。

2.1 打开 Altium Designer 10 软件

在桌面双击 Altium Designer 10 快捷键，启动画面如图 2-1。

图 2-1 Altium Designer 10 启动画面

2.2 主菜单和主工具栏

主菜单和主工具栏如图 2-2 所示。 Altium Designer 10 的主菜单栏包括 File（文件）、 View （视图）、 project （项目）、 Window （窗口）和 Help （帮助）等。

左边为 Files Panels （文件工作面板），Navigator（向导），Projects（项目），右边对应的是主工作面板，最下面的是状态条。其中项目栏是我们经常进行操作使用的地方，需要说明的是左边的菜单栏目位置是灵活的，可以随自己的习惯进行移动。

图 2-2 Altium Designer 10 主工具栏

2.3 项目工程建立

2.3.1 在你工作区，新建一个文件包（例如在桌面建立个文件包，接下来的项目文件都将存于该文件包内）。

2.3.2 单击菜单【File】→ 【New】→ 【Project】→ 【PCB Project】, 默认为 PCB Project1. PrjPCB，完成后如下图 2.3 所示。

图 2-3 Altium Designer 10 新项目

2.3.4 保存这个项目
鼠标右击该项目图 →【Save Project】→指定文件包 , 或者通过鼠标点击【File】→ 【Save Project】。

2.3.5 建立原理图文件和 PCB 文件
        单击菜单【File】→ 【New】→ 【Schematic】建立原理图文件（在你没有修改软件模板的情况下，默认为 Altium 公司的模板），直接保存在指定的项目文件夹内。
        单击菜单【File】→ 【New】→ 【PCB】建立原理图文件，保存在指定的项目文件夹内。
        保存的方法与项目保存类似。

2.3.6 添加文件
        添加已经建立的原理图文件和 PCB 文件到指定的项目中，单击菜单【Project】→ 【Add Existing to Project 】, 弹出如图 2.4。
        鼠标双击点击原理图后，便添加到指定的项目中，同样的方法，我们可将所创建的 PCB 文件添加到指定的项目中。
        同时我们还可以将项目需要的原理图添加到指定的项目中。

图 2.4 Add Existing to Project

图 2.5 Remove from Project

2.3.7 删除添加的文件

鼠标右击图 2.5 中的文件，在弹出的菜单类点击【Remove from Project】，即可将建立的文件删除。

3、 Altium Designer 10 原理图设计

3.1 原理图模板设计
对于工程师来说，如果一直用 Altium Designer 自带的各种模板也是可以的，在这里我将介绍一种建立模板的方法。当然，我们提倡反思，那就是我们是否该建模板，该怎么建模板，建模板有什么有利之处，怎么用模板。
建原理图模板是使用方便规范，因为每个公司有每个公司自己的 LOGO，也有审核、校对、项目名称、编号之类的。很多公司采取自己建立模板。对与模板的建立和使用在接下来会做详细介绍。

3.1.1 建立并保存模板
        对于保存的路径，建议保存在比较明朗的位置，待最后模板建立后再放入 Altium Designer 指定的位置。
        单击菜单【File】→ 【New】→ 【Schematic】建立原理图文件（在你没有修改软件模板的情况下，默认为 Altium 公司的模板），在保存时注意保存格式，如果直接保存则为 “.SchDoc”格式，而模板格式为“.SchDot”格式。
        选择保存类型“Advanced Schematic template(*.SchDot)”并将此命名为 model，如图 3.1。

图 3.1 建立并保存模板

3.2 对模板进行编辑
3.2.1 打开新建立的原理图模板 model.SchDot，点击【Design】→【Document Option 】。或者与用快捷键 D+O 完成。如图 3.2 所示
在【Sheet Options】中对【template】中的原理图进行更新，选择你需要的大小，默认为 A4, 但多说情况下，公司为选择 A3 的做模板。

对纸张做个简单的介绍
        ● 美制： A0 、 A1 、 A2 、 A3 、 A4 ，其中 A4 最小。
        ● 英制： A 、 B 、 C 、 D 、 E ，其中 A 型最小。
        ● 其它： Protel 还支持其它类型的图纸，如 Orcad A 、 Letter 、 Legal 等。

选择完成后，点击【Clear Template】，弹出对话框，点击【Yes】, 原有模板已被清空。

图 3.2 原理图模板设置框

3.2.2 设置你需要的格式
在一张空的原理图纸张上，首先确定你所用的表格以及 logo 的大小，规划好区域。在分区时所用的划线：点击【Place】→【Drewing Tools 】→【Line】，快捷键 P+D+L。
在区域规划完毕后，放置每个分割区的内容：【Place】→【Text String 】，在键盘中按下【tab】键，输入你需要的内容，点击确定即可。如图 3.3

图 3.3 原理图模板内容编辑 1

3.2.3 将设计用用到的“项目名称、设计人、审核人、logo”等信息添加到参数中

【Place】→【Text String 】+【tab】，选择对应的选项
         项目名称：=Title
         设计者：=Engineer
         审核人：=Address1
         版本序号：=Address2
         设计日期：=Date

对于 logo 的添加则用到【Place】→【Drewing Tools 】→【Graphic】，例如我们放入一个 JPG 格式的“Dell”。

完成效果如图 3.4

图 3.4 完成后的原理图模板内容编辑

3.2.4 将模板放置到指定的路径
复制该模板，找到该路径 C:\Documents and Settings\All Users\Documents\Altium\AD 10\Templates，粘贴模板。

3.2.5 将该模板添加到 AD10 原理图里面
只要在软件的参数设置 ( 菜单 DXP->>Preferences->>Schematic->>General) 中模板(Template) 选项下把创建好的模板文件添加进来，选项下把创建好的模板文件添加进来，每次新建原理图都会把该模板添加到设计中。

3.3 元件原理图库设计和 PCB 封装的设计

3.3.1 建立库
【File】→ 【New】→ 【Library】→ 【Sch Library】原理图库建立，
【File】→ 【New】→ 【Library】→ 【PCB Library】封装库建立，

图 3.5 元件库和封装的建立

建立新元件【Tools】→ 【New compoment】，这里以 24C02 为例。

图 3.6 元件命名

查看电气特性。

图 3.7 查看 24C02datasheet

放置外形和管脚快捷键 P+R, 调整合适的小。放置管脚 P+P, 然后单击键盘的 Tab 键弹出管脚属性对话框，修改相应的属性。

图 3.8，放置外框图 3.9 放置管脚

在 Pin Propertis 中，Display Name管脚定义，Designator 是管脚序列号，其后有Visable，是否可见，在原理图中有些元件有衬底，我们通常将带衬底的管脚隐藏，管脚的长度 Length 可以根据需要设定。对有负信号，例如负电压，负电平复位脚等，需要添加"\" 符号 , 如“V\C\C\”表示负的 VCC 电平，类似数字电路中的非格式。

图 3.10 管脚属性

图 3.11 24C02 原理图

查看 24C02 的 footprint，资料如下。

图 3.12 24C02 footprint 资料

在 pcblib 环境下用向导制作元件封装。
【Tools】→ 【 Compoment Wizard 】弹出下图，

图 3.13 Compoment Wizard

图 3.14 footprints 类型

在 pcblib 环境下用向导制作元件封装。
【Tools】→ 【 Compoment Wizard 】弹出下图，
一般贴片的的引脚焊盘大于管脚 8mil 到 20mil，也可以大于这个数，根据具体的情况。对有有些 BGA 封装的，有时候焊盘还可能略小于管脚。

图 3.14 管脚焊盘大小设置

图 3.15 管脚间距大小设置

图 3.16 管脚数目大小设置

图 3.17 完成封装设计

3.4 整体库制作

下面介绍中用 ACCESS 把数据表文件，原理图封装制作在一个整体库中，这样的优点是，能将各个元件的信心综合在一个表格里，并在原理图中找到这些信息，在到处 BOM 的时候可以将这些信息导出，便于采购确定元件，成本核算。

图 3.18 整体库中的文件

【File】→ 【New】→ 【Library】→ 【Database Library】建立，在 access 中建立 .mdb 文件，注意命名与 Database Library 文件的一致性。

图 3.19 【Database Library】设置

在 Source database type 中 pass 中添加该文件，注意添加路径。

图 3.20 access 文件设置

在 access 文件中，对元件的相关信息进行设置，完了添加到库中

图 3.21 集成库添加

在库的栏目中调用该库，可以看到已经添加的元件

图 3.22 集成库中所显示的元件

图 3.23 原理图放置元件

在库中双击该元件，在原理图中鼠标位置出现该元件，右击停止放置该元件。

图 3.24 元件信息

双击元件可以显示上面的信息。

3.5 原理图编辑设置

关于原理图中的设置，这里只介绍常用的【DXP】→ 【Preferences】

图 3 .25 原理图放置

图 3 .26 Schematic/p>

在 Defaults 的 Template 中添加自己的模板，注意将自己的模板保存在 AD10 指定的路径。

图 3 .27 原理图模板添加

设置鼠标用滚轮控制原理图的缩放，在 PCB 环境中也是这样设置的

图 3 .28 鼠标设置，去掉 Ctrl 你面的勾

对鼠标显示的设置，Cursor Type 推荐使用 Large Cursor 90，在放置元件时，元件保证在一条直线上。

图 3 .29 Cursor Type 放置

Grid Options 设置是在原理中的显示方式，在打印时选用 Dot格式的，平时选用Line格式，同时在放置元件的时候，要保障你所放置的元件电气管脚在点栅格的点上，NET 放置也是如此，否则会出现原理图中的线在 PCB 环境中并没有连接。

图 3 .30 Grid Options 设置

图 3 .31 原理图放置

图 3 .32 原理图放置

3.6 原理图文件设置

对原理图的编辑文件的设置，打开原理图右击找打 Docment Options 显示如下

图 3 .33 原理图放置

在 template 中添加模板，在右侧选择纸张，在 Girds 中填写栅格，在下发选择 enable

图 3 .34 原理图模板放置

图 3 .35 原理图内容填写放置

图 3 .36 原理图放置

3.7 元件的排序

1. 关于元件自动排序的问题
接着对于放置后的元件进行排序，在上一步我们设置完原理图的工作环境后，从库中选取需要的元件，设计电路，但这些元件默认没有标号，整体以问号的格式显示在原理图中。如下为一个电压转换电路，是一种常用的 5V 转 3.3 和 1.8 的电路。

图 3 .37 原理图元件放置

回到排序，【Tools】→ 【Annotate】（快捷键 T+A）
在下图中，order of Processing 元件的顺序，在 Schematic Sheets to Annotate选择对应的原理图，在截图中有一张原理图，实际中可以是好多张，同时可以设置每个原理图序列号的起始数和后缀，分别对应 Satart index 和 suffix。
点击 update changes List，更新排序，如果出现重复，有时候会用到 reset Duplicate，或者 reset all，如果用到 Back Annotate，注意原理图与 PCB 元件的 ID 号是否对应，必要时在 PCB 环境下，进行 CompontLink 操作。

图 3 .38 元件排序

图 3 .39 元件排序

图 3 .40 元件排序

排序完成点击 EXecute Changes，执行排序。

图 3 .41 元件排序

回到原理图看到元件顺序已经排列完成。

图 3 .42 元件排序

3.8 连线和元件位置转化
在这里介绍下放置元件的一些技巧，元件方向的调整，通过空格键进行切换。对于一些特殊的,如三极管，集成芯片，还可以对其做对称处理，以方便连线，鼠标左击元件不放，按下键盘 X，Y，其中 X 是左右，Y 是上下。对于连线，快捷键是 P+W 连线，P+B 总线，放置 net， P+N放置注释 P+t,总之点击 P 后仔细看下，就可区分你需要用的工具。

图 3 .43 完成布线的图

3.9 层次原理图的设计

两类，一类是自定向下的设计，此时，我们已经知道所有已经定义好的接口，尤其像合作搞原理图设计，在顶层把所有的端口分配好，直接生成不同的原理图，在原理图中会显示所用到得接口。另一类，自下向上的设计，这是我们可以先专注于局部电路的设计，并在设计过程中放置端口，最后通过顶层原理图将用到的局部原理图整合在一起。

第一类的步骤：以 3232 同步信号为例，简要介绍如何从顶层向下生产原理图。
        建立 top 层的原理图，
        放置 sheet symbol
        【Place】+【sheet symbol】
        放置 port
        【Place】+【add sheet entry】
        将图纸端口连接起来

图 3 .44 连接不同模块

【Design】+【Creat Sheet From Sheet Symbol】( 快捷键是 D+r 然后鼠标单节所对应的模块 )

图 3 .45 生产原理图

按照上面的操作，我们可以生产所需的原理图纸，不过所有的原理图纸只有对应的 port端口

图 3 .46 整体原理图处于打开状态

层次原理图中的自底层向顶层设计
首先，我们要建立工程中的所需要的各个原理图模块，放置在一个文件架立，然后在建立顶层原理图，此时为空白的原理图，在空白的原理图中直接生产 sheet 块，用导线或者总线将这部分模块连接起来。具体操作如下

图 3 .47 打开顶层原理图

放置模块的方法，快捷键 D+Y。

图 3 .48 添加模块，调整端口

图 3 .49 完成连线的图

3.10 关于多通道的层次原理图的设计知识的补充

在多通道设计之前工程师必须分析清一下 port 与 net label 的作用范围。
“Poet”及“Net Label”的作用范围
两种网络标识的作用范围是可以变化和更改的。方法是：打开 Project ＼ Project Option ＼ Option 标签，在 Net Identifier Scope 一栏的四个选项 (Automatic、Hierarchical、Flat、Global) 中挑一项。

“Hierarchical”代表层次式结构，这种情况下，Net Label，Port 的作用范围是单张图纸以内。当然，Port 可以与上层的 Sheet Entry 连接，以纵向方式在图纸之间传递信号。

“Flat”代表扁平式图纸结构，这种情况下，Net Label 的作用范围仍是单张图纸以内。而 Port 的作用范围扩大到所有图纸，各图纸只要有相同的 Port 名，就可以发生信号传递。

“Global”是最开放的连接方式，这种情况下，Net Label、Port 的作用范围都扩大到所有图纸。各图纸只要有相同的 Port 或相同的 Net Label，就可以发生信号传递。

“Automatic”是缺省选项，表示系统会检测项目图纸内容，从而自动调整网络标识的范围。检测及自动调整的过程如下：如果原理图里有 Sheet Entry标识，则网络标识的范围调整为Hierarchical。如果原理图里没有 Sheet Entry 标识。但是有 Port 标识，则网络标识的范围调整为 Flat。如果原理图里既没有 Sheet Entry 标识，又没有 Port标识，则 Net Label的范围调整为 Global．

3.11 关于 room 在多通道设计中的应用

图 3 .50 同步信号均衡电路

图 3 .51 使用 repat 实现重复功能

图 3 .52 room 名称的设置

图 3 .53 元件后缀的重复名字

在完成上述设置后，到 PCB 环境中对其中一个进行布线，单个布线完成，用格式刷，将其余的通道，操作如下。

在【Design】→ 【Rooms】→ 【Copy room formats】，鼠标点击布线完成的 room，再点击需要刷的 room，弹出下图。

在下图中，主要元素是你所复制的内容，通过 Options 项确定，对于需要修改的其他 room，有 Apply to Specilied Channels 决定。

图 3 .54 格式刷设置

图 3 .55 单个 room

图 3 .56 格式刷后 room，调整位置

3.12 原理图初步编译
在以上设置完成后就是对原理图的编译，接下来我们以一个实例来展示下编译的过程

在 Project 中compile PCB projects .prjPCB, 快捷键为 C+C，即可完成

图 3 .57 编译

弹出如上图的对话框，如果没有弹出，在右下方有 Syetem 选项打开，里面有 Message 选项，打开便可看到，至于图中提示的，网络命名重复，这个是不会影响导入 PCB 时候的连线。
在新建的 PCB 中导入编译的网络，具体的操作时，在原理图的环境下，单击 Design 中的Updata from sch to PCB 中，弹出下图，点击 Execute Changes

图 3 .58 导入网络