Altium Designer中多图纸的设计.pdf

Altium Designer 中多图纸的设计中多图纸的设计 一、一、 页面结构页面结构 1.1 基本概念基本概念 当进行大型工程设计时， 只靠一张图纸是无法实现的， 这时需要用多个图纸进行开发设计。 一个多图纸设计工程是由逻辑块组成的多级结构， 其中的每个块可以是原理图或是 HDL 文件， 在这结构的最顶端是一个主原理图图纸工程顶层图纸。 多图纸结构一般是通过图表符（sheet symbol）形成，一个图表符对应一个子图纸；在主 原理图图纸放置图标符，通过图表符与子图纸进行连接，而子图纸也可以通过图表符与更底层 的图纸连接。通过点击“PlaceSheet Symbol”或 图标来放置图标符号。如图 1 图 1 我们可以在“Designer”区域输入标识符，若标识符包含有 Repeat 关键字的语句，还能实 现多通道功能（下文有详解）。而在“File Name”输入想要调用的子图纸文件名称（不分大 小写），则可实现对子图纸的调用。还有其他方法能生成图表符，具体方法见下文。 当多图纸工程编译好后，各个图纸间的逻辑关系被识别并建立一个树形结构，表示各个图 纸的逻辑关系，如图 2： 图 2 1.2 层次结构层次结构 层次结构包含如下三种： 1) 自上而下：在主原理图图纸下，通过“DesignCreate sheet from symbol”、“Design Create HDL file from symbolCreate VHDL file from symbol”与“DesignCreate HDL file from symbolCreate Verilog file from symbol ”等命令创建子图纸、底层 VHDL 文件 和底层 Verilog 文件。 2) 自下而上：在主原理图图纸下，通过“DesignCreate symbol from sheet or HDL ”和 “Design Create symbol from sheet or HDL ” 、“Design Create Component from sheet ” 等命令创建图表符和顶层元件。 3) 混合原理图/HDL 文件层次：这种情况下，图表符通过不同的文件名称来调用 HDL 文件 或原理图 1.3 层次结构维护层次结构维护 1.3.1 端口与图纸入口的同步：端口与图纸入口的同步： 当子图纸中的端口与图纸入口不匹配（包括名字和 IO 类型）时，可以通过“Design Synchronize Sheet Entries and Ports”来同步，如图 3： 图 3 选中不同步的端口，若想改变子图纸的端口，使其与图表符匹配，则选中间的图 标（第一个）；相反就选第二个。 1.3.2 重命名图表符对应的子图纸重命名图表符对应的子图纸 若想重命名一个图表符对应的子图纸，一般的思路是先改子图纸的名称，然后再改图表符 的“file name”，最后编译工程。现在 AD 提供了重命名子图纸的功能“DesignRename Child Sheet”，出现浮动的十字光标，点中想重命名的图表符，出现如图 4 对话框： 图 4 我们可以根据自己的需要设置相关的选项。 1.4 多通道设计多通道设计 在设计过程可能会重复使用某个图纸，此时我们可通过两个方法实现：1）通过多图表符 重复调用同一个子图纸；2）通过具有 Repeat 关键字的图表符。这里具体介绍下第二种方法： 在图表符的“Designator”区域输入包含 Repeat 的语句，其格式如下： Repeat(SheetSymbolDesignator, FirstInstance, LastInstance) 其中，SheetSymbolDesignator 是图表符的本名，FirstInstance 和 LastInstance 一起定义了通 道数；注意 FirstInstance 参数必须等于或大于 1，如图 5 所示，表示了 2 个 filter 通道。 图 5 1.5 单个图表符调用多个子图纸单个图表符调用多个子图纸 在图表符的“File Name”区域输入多个子图纸文件的名称，并用分号隔开，则能实现单 个图表符调用多个子图纸的目的；而这些子图纸间的相互连接可通过跨图纸接口（off-sheet connectors）实现。 二、网络连通性二、网络连通性 2.1 各类网络标识符各类网络标识符 由于我们使用到多图纸功能，这时需要考虑图纸间的线路连接。在单个图纸中，我们可以 通过简单的网络标签“Net Label”来实现网络的连接；而在多图纸中，网络连接涉及到的网络 标识符比较多，下面具体介绍： 最基本的网络标识符是网络标签（net labels）。在单个图纸内，它们可以代替导线来表示 元件间的连接，在多图纸设计中，其功能未变，只能表示单图纸内部的连接。 端口（Port）既可以表示单图纸内部的网络连接（与 net labels 相似），也可以表示图纸间 的网络连接。端口（Port）在多图纸设计中，可用于纵向连接和横向连接。横向连接时，可以 忽略多图纸结构而把工程中所有相同名字的端口连接成同一个网络。 纵向连接时， 需和图表符、 图纸入口相联系将相应的图纸入口放到图纸的图表符内， 这时端口就能将子图纸和父系图 纸连接起来。 跨图纸接口（Off Sheet connectors）提供了介于端口和网络标号的作用。当一个图表符调 用多个子图纸时， 这些子图纸间的网络连接就可以跨图纸接口实现在这些子图纸中放置跨 图纸接口，当接口匹配时就能连接起来。注意，跨图纸接口的连接作用只限于这一组子图纸间 的连接，一般情况下不要用于其他图纸结构的连接。 电源端口（也叫电源对象）完全忽视工程结构，并与所有的参与链接的图纸上匹配的电源 端口连接起来。 下面简单列举各类网络标识符的区别： 网络标号 Net label 一般只在单图纸内部连接网络；当选择 Flat 范围或 Net 范围设置为 Global 时，会水平连 接到全部的匹配网络符号 端口 Port 如果它和父系图表符的某图纸入口匹配，或 选择了层次结构、自动范围，则起垂直连接 作用。当选择了 Flat 或 Ports Global 范围时， 会水平连接到全部匹配的端口 图纸入口 总是垂直连接到图表符所调用的下层图纸端 Sheet Entry 口 跨图纸接口 Off-sheet connector 水平连接到匹配的跨图纸接口，但只限于被 单个的、子图纸分割的图表符调用的图纸组 之间 电源端口 Power Port 全局连接到工程中所有的匹配电源端口 注：这里涉及到工程里面关于端口范围的设置，打开设置对话框（Project-Project Option，点 击Option标签），在“Net Identifier Scope”区域可以选择网络标识符的作用范围，一般情 况都是选择 “Automatic” 模式即可，AD会自动判断。 其他的还有 “Flat” ， “Hierarchical” ， “Global”模式，在特殊情况下可根据需要选择。 如果要使网络标识符表示反相模式，只需在命名网络名称的每个字符后面加一个反斜杠（如 E/N/A/B/L/E） ； 或是在Preferences对话框中的Schematic-Graphical Editing页面内， 选中 “Single /Negation”复选框，之后在网络标识符名称之前加个反斜杠即可（如：/ENABLE）。 2.2 网络连通性实例网络连通性实例 例例 1 ：分层次设计：分层次设计 图 6 如图 6，这个原理图工程被自动识别为分层次作用域，因为其父系图纸中的图表符带有图 纸入口。这时端口 HP-L 和 HP-R 通过图纸入口连接到一起；而两个子图纸中的 C1 和 C2 则不 能跨越图纸连接。 例例 2：全局端口：全局端口 图 7 如图 7，此工程只有端口，不存在图纸入口，因此作用域被自动设置成全局端口。工程变 成平行结构，此时工程上的所有匹配端口都会连接在一起，但网络标签仍不能跨图纸连接。这 时即使顶层图纸移除也不会影响工程。 例例 3：全局网络标号：全局网络标号 图 8 如图 8，此工程没有端口和图纸入口，使得网络标签能够跨越图纸，在匹配的情况下进行 全局连接；此时移除顶层图纸工程仍能正常编译。 例例 4：全局网络标号和端口：全局网络标号和端口 图 9 选择 Project-Project Option，点击 Option 标签，在“Net Identifier Scope”区域可以选择 网络标识符范围模式：Global（Netlabels and ports global）；如图 9 示，这时网络标签与端口 为全局，它们都以水平方式，在全局范围内连接到匹配对象。 例例 5：跨图纸接口：跨图纸接口 图 10 如图 10 示，此工程有四个子图纸，图表符“Group A”调用了两个子图纸“A1.schdoc” 和 “A2.schdoc” ， “Group B” 调用了子图纸 “B1.schdoc” 和 “B2.schdoc” 。 此时图纸 “A1.schdoc” 内部的 C1、 C2能够和图纸 “A2.schdoc” 中的 C1、 C2相连接， 同理图纸 “B1.schdoc” 和 “B2.schdoc” 也能够实现网络的连接，但这两个组间不会进行网络连接（如图纸 A1.schdoc 的 C1 不会连接 到 B1.schdoc 的 C1）。这就是跨图纸接口的作用，能增大图表符的图纸范围。 三、设计实例三、设计实例 3.1 设计思路设计思路 现在要设计一个 2.0 低音功放，此时假设有一个现成的有源低通音频滤波器原理图 （filter.SchDoc），一个双通道功率放大器原理图（Amplifier.SchDoc）；我们可以直接使用这 两个原理图来实现此设计功能：创建一个 PCB 工程和原理图，将现成的两个文件添加到此工 程中，然后在新建的原理图中创建两个图表符，其中一个图表符调用双通道功放，另一个通过 多通道功能调用两次滤波器，之后就可以进行连线，最后编译工程。 注：filter.SchDoc 原理图中要用到的信号有输入（IN），输出（OUT）；Amplifier.SchDoc 原理图中要用到的信号有左输入 （IN_L） ， 右输入 （IN_R） ， 左输出 （OUT_L） ， 右输出 （OUT_R） 。 设计前可先创建好工程的文件夹，将这两个原理图文件复制到工程文件夹中。 3.2 具体步骤具体步骤 1) 创建 PCB 工程，给新工程添加新原理图 toplevel.SchDoc，并将两个现成的原理图添加到 工程中，之后 save all。 2) 打开原理图 filter.SchDoc， 添加两个端口 IN 和 OUT （分别与信号 IN 和 OUT 相连接） ； 打开原理图 Amplifier.SchDoc，添加四个端口 IN_L， IN_R， OUT_L 和 OUT_R（分别与 信号 IN_L， IN_R，OUT_L 和 OUT_R 相连接）。如图 11 示： 图 11 3) 打开原理图 toplevel.SchDoc， 点击 “Design-Creat Sheet Symbol From Sheet or HDL file” ， 在弹出的窗口中选择“Amplifier.SchDoc”文件，然后点击 OK。这时软件会生成一个带有 四个图纸入口的图表符，将其放置在原理图中，重命名“Designator”为“Am”，并排列 好相应的图纸入口，如图 12。 图 12 4) 同理，点击 Design-Creat Sheet Symbol From Sheet or HDL file”，在弹出的窗口中选择 “filter.SchDoc”文件；之后重命名“Designator”为“repeat(FI,1,2)”，表示调用两次 filter.SchDoc 图纸。注意，所有子图纸的公共网络是按照正常的方式连接的，此时图表符 的图纸入口名称不用修改；而子图纸都有的但又是各自独立的网络则是以总线方式引出， 总线中的每一条线连接一个子图纸，此时图表符的图纸入口需修改为 Repeat（端口名）， 如本例中的输入需改为 Repeat （IN） 。 如下图示。 网络是以在导线上放置总线名的方式 （而 不是以总线范围的方式）来表示。当设计被编译时，总线就会被分解为每个通道带有一个 标识的独立的网络（从 IN1 到 IN2），IN1 连接到 FI_1 子图纸，IN2 连接到 FI_2 子图纸。 如图 13 示。 图 13 5) 放置其他元件，连接好线路，如图 14，然后编译工程。 图 14 编译好之后，可以看左边的面板，发现工程变长树形结构，如图 15。 图 15 3.3 关于多通道设计的几点说明关于多通道设计的几点说明 3.3.1 设置设置 ROOM 和标识符格式和标识符格式 多通道设计多次调用同一个子图纸，在编译之后，会为各个通道分配好标识符，进而映射 到 PCB 文件中；点击“Project-Project Option”，在打开的对话框中单击“Multi-Channel”标 签，如图 16 示，在这里可以设置到通道（ROOM）和元件的命名方式。 图 16 （1） 通道（ROOM）的命名 在Room Naming区域， 选择Room Naming Style 下拉列表的选项设置ROOM的命名方式。 命名方式包括了 2 种平行化和 3 种层次化类型，可根据具体情况选择；在有多级 room 的情况 下，其命名结构为（通道前缀+通道索引）。我们可以随便选择一种命名方式，其命名情况如 上图；该图片给出了一个 2*2 的通道设计例子，共有 6 个通道，每个 Bank 一个，4 个较低层 次通道各一个。且层次化命名类型还支持通过“Level Separator for Paths”来修改分割路径信 息的符号。 （2） 元件命名 元件命名一般包括通道名称。元件命名类型有 8 种，在“Designator Format”下拉列表可 以选择具体的命名方式。用户还可以直接在对话框里输入自定义的元件标识符命名方式，其中 可能会用到一些关键词。如表 1 Keyword Definition $RoomName name of the associated room, as determined by the style chosen in the Room Naming Style field $Component component logical designator $ComponentPrefix component logical designator prefix (e.g. U for U1) $ComponentIndex component logical designator index (e.g. 1 for U1) $ChannelPrefix logical sheet symbol designator $ChannelIndex channel index $ChannelAlpha channel index expressed as an alpha character. This format is only useful if your design contains less than 26 channels in total, or if you are using a hierarchical designator format. 表 1 3.3.2 关于关于 PCB 工程被编译后， 我们可以在被多次调用的子图纸界面下方看到多了一些标签， 如图 17 示。 我们可以单击相应的标签查看里面元件标识符的分配情况。之后给工程添加一个 PCB 文件， 通过“Design-Update PCB”将元件导入到 PCB 文件中；转换过程会自动为每个子图纸建立 一组元件中，每组元件有一个 room 并将元件都置于 room 之中。对一个通道布局布线后，可 通过“Design-Rooms-Copy Room Formats”来复制该通道的布局与走线到另一通道中。 图 17 3.3.3 查看通道标识符分配情况查看通道标识符分配情况 单击“Project-View Channel”即可调出“Project Components”对话框，其中显示了每个 原理图中元件标识符的分配情况，如图 18 示。之后点击“Component Report”，弹出“Report Preview” 窗口， 此时可以点击 “Export” 按钮导出 Excel 格式表格 （.xls 文件） ， 或是点击 “Print” 按钮进行打印。 图 18 3.3.4 使用使用 Signal Harness 使多图纸设计更方便。使多图