在 Altium Designer 中采用模塊化 PCB 設計方法

2021-07-17

在 Altium Designer 中采用模塊化 PCB 設計方法

PCB 設計很少在設計功能塊或連接具有不同功能的模塊方面進(jìn)行討論。通?？梢栽谠O計簡(jiǎn)單設計時(shí)不考慮您的 PCB 布局如何影響電路板中多個(gè)功能塊之間的操作和交互。對于更復雜的設計，在設計復雜系統時(shí)，您需要考慮的不僅僅是電路板的高級概述。

模塊化 PCB 設計是一種在為各種應用設計 PCB 時(shí)隱式使用的設計方法。嵌入式系統、多板系統、混合信號系統和其他具有不同功能的板都可以從這種設計方法中受益。新設計師最好學(xué)習有關(guān)模塊化 PCB 設計的任何知識。

當您第一次涉足模塊化 PCB 設計時(shí)，您會(huì )很快發(fā)現您的設計工具可能無(wú)法跟上，因為缺乏統一性、設計工具之間的數據格式不一致以及不同的基本設計步驟不必要的重復。工具。設計軟件終于趕上了模塊化設計的需求，PCB 設計人員終于可以訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)門(mén)適用于模塊化 PCB 設計的設計平臺包。

統一的 PCB 設計包，具有業(yè)內適應性最強的設計工具集。

過(guò)去，PCB 設計單獨處理整個(gè)電子系統的每個(gè)部分。系統不同部分之間的鏈接很少被考慮，除非設計者創(chuàng )建最復雜的電路板。一些示例包括計算機體系結構和外圍設備、用于軍事和航空航天的嵌入式系統以及其他復雜的多板系統。

現在市場(chǎng)上所有領(lǐng)域的電子產(chǎn)品都變得更加智能和互聯(lián)，消費者對電子產(chǎn)品的功能提出了更高的要求。PCB 設計人員需要以新的方式思考，以便將所有這些功能集成到單個(gè)設備中。模塊化 PCB 設計是一種采用電子系統分層視圖的設計方法，無(wú)論是剛柔結合、多板、混合信號還是其他系統。

以一致、統一的界面和單一數據模型運行的設計軟件具有獨特的能力，能夠適應模塊化 PCB 設計。這允許您為您的系統定義嚴格的層次結構，并在您的下一個(gè)設備中快速實(shí)施它?？紤]到這一點(diǎn)，讓我們來(lái)看看模塊化 PCB 設計過(guò)程以及如何采用分層方法來(lái)設計復雜系統。

模塊化 PCB 設計流程

考慮模塊化設計需要根據設備的獨立功能來(lái)看待您的設備。當您從設備的功能框圖開(kāi)始時(shí)，這是迄今為止最簡(jiǎn)單的。您希望從高級視圖開(kāi)始，了解設備的不同部分如何協(xié)同工作以產(chǎn)生您需要的關(guān)鍵功能。您需要在功能框圖中考慮輸入和所需的輸出。

如果您的設備將包含一些中央處理，您需要將其視為整個(gè)設計過(guò)程的一部分。這不僅僅是創(chuàng )建一個(gè)框圖；如果您不及早考慮這一點(diǎn)，您可能需要在稍后開(kāi)始布局電路板時(shí)對您的設計進(jìn)行更改。許多設計人員會(huì )立即開(kāi)始圍繞某個(gè)中心組件布置電路板，而不考慮系統中功能塊之間的關(guān)系。

一旦您準備好深入了解電路板功能的更細粒度級別，您可能需要創(chuàng )建更精細的框圖來(lái)顯示設備的每個(gè)部分的功能。換句話(huà)說(shuō)，您希望采用分層方法來(lái)設計電路板的關(guān)鍵特性。

使用原理圖進(jìn)行模塊化設計

創(chuàng )建原理圖是將電路板從餐巾紙背面取出并放入設計軟件的第一步。在模塊化設計方面，當您設計框圖中每個(gè)功能塊內的組件之間的連接時(shí)，您可以在原理圖設計方面領(lǐng)先一步。這為您設計每個(gè) PCB 原理圖提供了良好的開(kāi)端，并在您開(kāi)始設計每個(gè)電路時(shí)為您提供了有用的參考。

可以使用專(zhuān)為印刷電路設計量身定制的分層原理圖編輯器將原理圖鏈接在一起。這允許您定義多個(gè)原理圖之間的父子關(guān)系。這也有助于您在整個(gè)設計過(guò)程中保持井井有條，并讓您一次專(zhuān)注于設計的一個(gè)部分。然后，您可以在更高級別的父原理圖中將多個(gè)原理圖鏈接在一起，類(lèi)似于您在功能框圖中的操作方式。

用于印刷電路布局的分層多板設計

在許多系統中，您將重復使用設計的某些部分，并且沒(méi)有理由在不同的原理圖中不斷重新設計電路板的部分。這就是多通道設計變得至關(guān)重要的地方。這種設計方法使您可以輕松地在不同的原理圖中重用設計的各個(gè)部分。您不必在原理圖中多次重新添加和重新排列相同的組件。

一旦定義了原理圖之間的父子關(guān)系并將功能框圖完全轉換為一組分層原理圖，就可以過(guò)渡到 PCB 布局階段。您需要使用原理圖捕獲工具將原理圖捕獲為新板上的初始布局。一旦您在初始板上捕獲了您的組件和連接，就可以開(kāi)始排列和布線(xiàn)組件了。

如果您正在創(chuàng )建一個(gè)多板系統，這個(gè)設計過(guò)程自然適用于多板設計。每個(gè)功能塊或多個(gè)功能塊都可以集成到不同的板中，使每個(gè)板的原理圖捕獲變得更加容易。

當您的原理圖幫助您彼此保持同步并與您的 PCB 布局保持同步時(shí)，模塊化 PCB 設計過(guò)程就會(huì )容易得多。分層示意圖可幫助您在整個(gè)設計過(guò)程中保持獨特的組織方式。

具有統一工具集的正確設計軟件將幫助您調整流程以適應模塊化 PCB 設計。

正確的 PCB 設計軟件自然會(huì )使用單一數據模型集成您的原理圖數據、布局和組件信息。這自然有助于模塊化 PCB 設計過(guò)程。

原理圖設計作為模塊化 PCB 設計過(guò)程的一部分

模塊化 PCB 設計：布局階段

一旦您將原理圖捕獲為初始布局，就可以開(kāi)始在電路板周?chē)贾媒M件了。正確的原理圖捕獲工具將維護您在原理圖中定義的組織，并將顯示組件之間的連接作為原理圖的一部分。

在多板系統的情況下，某些板將需要具有分離到板的不同部分或字面上不同板上的功能。例如，混合信號系統的設計應該使數字和模擬部分形成自己的功能塊，并且每個(gè)塊都需要在電路板中分離到自己的區域以保持信號完整性。

一旦您添加更多功能，例如用于無(wú)線(xiàn)通信的 Wi-Fi 模塊，它也應該位于自己的功能塊中，甚至可能需要自己的原理圖。您需要將每種類(lèi)型的功能分配到自己的電路板區域，以保持信號完整性并確保您的設備按預期運行。

例如，在計算機體系結構領(lǐng)域，多板系統將重要功能分成不同的塊，以提供不同的功能，同時(shí)滿(mǎn)足設計和功能方面的特定行業(yè)標準。這只是模塊化設計方法不可或缺的一個(gè)領(lǐng)域。

模塊化 PCB 設計軟件

用于模塊化設計的 PCB 設計軟件需要許多其他設計平臺根本無(wú)法提供的功能。您的模塊化設計軟件需要包含分層的多通道原理圖編輯工具，以將系統的關(guān)鍵特性分成功能塊。當您的設計軟件在您的原理圖編輯器旁邊包含一個(gè)原理圖捕獲工具時(shí)，您將以最高的生產(chǎn)力運行。

組件管理是模塊化 PCB 設計的另一個(gè)重要部分。在進(jìn)行多通道設計時(shí)，您將在整個(gè)電路板的不同位置重復使用大量組件。這意味著(zhù)您需要一個(gè)組件庫，該庫使用統一的組件數據模型與您的所有設計功能集成。

將這些功能集成到單個(gè)界面中，您可以輕松生成初始布局并開(kāi)始在整個(gè)系統中排列組件。您的布局編輯器還應允許您在布局中將組件分組，以便根據需要輕松重新排列系統中的組件。這有助于您在進(jìn)行制造之前保持井井有條并糾正布局錯誤。

模塊化設計是一種自然的多板設計方法。將功能分離到不同的板上是確保您的系統保持井井有條并按預期工作的自然方式。

當您使用模塊化 PCB 設計軟件時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設備的模塊化硬件可以輕松集成到復雜的多板系統中。

任何制造商都需要為您的電路板提供完整的文檔包。使用集成設計軟件使模塊化 PCB 設計變得更加容易，并允許您為制造商快速生成文檔。

與 Altium Designer 中的原理圖編輯器集成的組件制造商搜索工具

軟件輔助模塊化 PCB 設計應用

有許多應用程序可以激發(fā)您的下一個(gè)設計，并將受益于模塊化設計方法。計算機體系結構是一個(gè)長(cháng)期使用模塊化設計方法的領(lǐng)域，盡管在整個(gè)行業(yè)的不同公司中。隨著(zhù)更多消費級產(chǎn)品包括復雜的功能和提供連接性，采用正確的設計軟件采用模塊化方法將幫助您成功地針對這些應用進(jìn)行設計。

可穿戴醫療設備、智能手機、娛樂(lè )系統、家庭自動(dòng)化系統和聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)等產(chǎn)品都是嵌入式系統，自然采用模塊化設計方法。這些領(lǐng)域的許多設備實(shí)際上是多板系統，需要復雜的設計工具來(lái)幫助您創(chuàng )建功能設計并準備將其交付給您的 PCB 制造商。

雖然模塊化設計軟件包括廣泛的功能，但它不需要使模塊化設計過(guò)程變得復雜。當這些工具集成到單個(gè)程序中時(shí)，模塊化設計過(guò)程將更加容易并且可以快速進(jìn)行。您的設計軟件應該包含使用任何設計方法（包括模塊化設計）創(chuàng )建綜合系統所需的工具，而不是像其他 PCB 設計軟件公司那樣將工具分成單獨的程序。

統一環(huán)境中的模塊化設計

在統一設計功能的環(huán)境中工作，您不僅可以使用復雜的原理圖和布局編輯工具。Altium Designer 中的集成設計環(huán)境使用單一的規則驅動(dòng)設計引擎和單一的組件和電路板數據模型運行。這允許模擬器、數據管理和文檔工具等功能在您準備制造時(shí)立即訪(fǎng)問(wèn)您的設計數據。

仿真是模塊化設計的重要組成部分，因為您需要驗證配電網(wǎng)絡(luò )、串擾和 EMI 抑制的重要方面。使用集成設計平臺可以將您的設計數據直接傳遞到您的仿真工具。您不必將設計導出到另一個(gè)程序。這還允許您將模擬限制在系統內的特定功能塊中。

使用規則驅動(dòng)的設計可確保您的設計功能會(huì )立即根據您的設計規則檢查您的原理圖和布局選擇。作為模塊化設計的一部分，您需要確保設計中的每個(gè)功能塊都能按預期運行并且符合基本設計標準。

Altium Designer 中的交互式設計規則檢查

Altium Designer 是唯一將所有這些功能以及更多功能集成到由規則驅動(dòng)設計引擎管理的單一、統一設計環(huán)境中的設計軟件。這可確保您的工具自然適應模塊化 PCB 設計，并將這些工具集成到單一設計環(huán)境中。您將擁有使用 Altium Designer 設計任何應用程序所需的功能。