Altium Designer Protel原理图与PCB设计教程 4.docx
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AltiumDesignerProtel原理图与PCB设计教程4
第4章原理图设计
在前面几章讲述了电路设计的基础知识后，现在可以学习具体的原理图设计。
本章主要讲述电子元件的布置、调整、布线、绘图以及元件的编辑等，最后将以一个FPGA应用板原理图和一个译码器原理图设计为实例进行讲解。
4.1元件库管理
在向原理图中放置元件之前，必须先将该元件所在的元件库载入系统。
如果一次载入过多的元件库，将会占用较多的系统资源，同时也会降低应用程序的执行效率。
所以，最好的做法是只载入必要且常用的元件库，其他特殊的元件库在需要时再载入。
一般在放置元件时，经常需要在元件库中查找需要放置的元件，所以需要进行元件库的相关操作。
4.1.1浏览元件库
浏览元件库可以执行Design→BrowseLibrary命令，系统将弹出如图4-1所示的元件库管理器。
在元件库管理器中，用户可以装载新的元件库、查找元件、放置元件等。
图4-1元件库管理器
（1）查找元件
元件库管理器为用户提供了查找元件的工具。
即在元件库管理器中，单击Search按钮，系统将弹出如图4-2所示的查找元件库对话框，如果执行Tools→FindComponent命令也可弹出该对话框，在该对话框中，可以设定查找对象以及查找范围。
可以查找的对象为包含在.Intlib文件中的元件。
该对话框的操作及使用方法如下：
图4-2简单查找元件库对话框
1）简单查找。
图4-2所示为简单查找对话框，如果要进行高级查找，则单击图4-2所示对话框中的“Advanced”按钮，然后会显示高级查找对话框。
l Filters操作框。
在该操作框中可以输入查找元件的域属性，如Name等；然后选择操作算子（Operator），如Equals（等于）、Contains（包含）、StartsWith（起始）或者EndsWith（结束）等；在Vlaue（值）编辑框中可以输入或选择所要查找的属性值。
l Scope操作框。
该操作框用来设置查找的范围。
当选中AvailableLibraries单选按钮时，则在已经装载的元件库中查找；当选中LibrariesonPath单选按钮时，则在指定的目录中进行查找。
SearchIn下拉选择列表可以选择查找对象的模型类别，比如是元件库、封装库或3D模型库。
l Path操作框。
该操作框用来设定查找对象的路径，该操作框的设置只有在选中LibrariesonPath时有效。
Path编辑框设置查找的目录，选中IncludeSubdirectories复选框，则包含在指定目录中的子目录也进行查找。
如果单击Path右侧的按钮
，则系统会弹出浏览文件夹，可以设置查找路径。
FileMask可以设定查找对象的文件匹配域，“*”表示匹配任何字符串。
设置好了查找的内容和范围后，单击Search按钮，系统就会开始进行查找。
如果查找到该属性设置的元件，则系统会自动关闭查找元件库对话框，并将查找到的元件显示在元件库管理器中。
2）高级搜索。
单击图4-2对话框中的“Advanced”按钮，则会显示高级查找元件库对话框，如图4-3所示，此时对话框中会出现“Simple”按钮，单击该按钮则可以回到图4-2所示的对话框。
在图4-3所示最上面的空白编辑框中，可以输入需要查找的元件或封装名称。
如本例的XC2S300E（可以用“*XC2S300E*”方式进行查询包含XC2S300E字符的元件名称）。
（2）搜索元件
单击Search按钮，AltiumDesigner就会在指定的目录中进行搜索。
同时图4-2或图4-3所示的对话框会暂时隐藏，并且图4-1所示界面中的Search按钮会变成Stop按钮。
如果需要停止搜索，则可以单击Stop按钮。
（3）找到元件
当找到元件后，系统将会在如图4-4所示的对话框中显示结果。
在上面的信息框中显示该元件名，如本例的XC2S300E，并显示其所在的元件库名，在中间的信息框中显示该元件的引脚类型，最下面显示元件的图形符号形状和引脚封装形状。
（4）放置元件
查找到需要的元件后，可以将该元件所在的元件库直接装载到元件库管理器中。
即在图4-4中选择需要放置的那个查找到的元件，然后单击右上方的Place按钮即可。
后面章节将更加详细地介绍如何放置元件。
图4-3高级查找元件库对话框图4-4查找元件库的结果显示
4.1.2装载元件库
单击图4-1中的Libraries按钮，系统将弹出如图4-5所示的装载/卸载元件库对话框，通过此对话框就可以装载或卸载元件库。
启动装载/卸载元件库对话框也可以直接执行Design→Add/RemoveLibrary命令，另外在放置元件过程中也可以启动该对话框。
在该对话框中，可以看到有三个选项卡。
图4-5装载/卸载元件库对话框
l Project选项卡：
显示当前项目的SCH元件库。
l Installed选项卡：
显示已经安装的SCH元件库，一般情况下，如果要装载外部的元件库，则在该选项卡中操作。
l SearchPath选项卡：
显示搜索的路径，即如果在当前安装的元件库中没有需要的封装元件，则可以按照路径进行搜索。
装载/卸载元件库的操作方法如下：
1）使用Moveup和Movedown按钮，可以使在列表中选中的元件库上移或下移，以便在元件库管理器中显示在最顶端还是最末端。
2）选中列表中某一个元件库后，单击Remove按钮则可将该元件库移去。
3）如果要添加一个新的元件库，则可以单击Install按钮，系统将弹出如图4-6所示的打开元件库对话框，用户可以选取需要装载的元件库。
因为后面需要设计FPGA原理图，所以这里选择XilinxSpartan-IIE.Intlib元件库。
图4-6打开元件库对话框
说明：
AltiumDesigner已经将各大半导体公司的常用元件分类做成了专用的元件库，只要装载所需元件的生产公司的元件库，就可以从中选择自己所需要的元件。
另外有三个常用的库，Sim、Simulation和PLD元件库，前两个包括了一般电路仿真所需要用到的元件，而后一个主要包括逻辑元件设计所要用到的元件。
4）单击Close按钮，完成该元件库的装载或卸载操作。
将所需要的元件库添加到当前编辑环境中后，元件库的详细列表将显示在元件库管理器中。
4.2放置元件
绘制原理图首先要进行元件的放置。
在放置元件时，设计者必须知道元件所在的库，并从中取出或者制作原理图元件，并装载这些必须的元件库到当前设计管理器。
本章实例的目的是设计一个SpartanIIE的FPGA原理图，FPGA元件为XC2S300E-6PQ208C。
4.2.1放置元件的方法
放置元件之前，应该选择需要放置的元件，通常可以用下面两种方法来选取元件。
1．通过输入元件名来选取元件
如果确切知道元件的编号名称，最方便的做法是通过菜单命令Place→Part或直接单击布线工具栏上的按钮
，打开如图4-7所示的PlacePart（放置元件）对话框。
图4-7放置元件对话框
（1）选择元件库
单击浏览按钮
，系统将弹出如图4-8所示的浏览元件库对话框，在该对话框中，用户可以选择需要放置的元件的库。
此时也可以在图4-8所示对话框中单击按钮
加载元件库，此时系统会弹出如图4-5所示的装载/卸载元件库对话框，具体操作参考4.1节。
单击“Find”按钮可以打开如图4-2所示的查找元件库对话框，具体操作请参考4.1节。
图4-8浏览元件库对话框
（2）选择元件
选择了元件库后，可以在“ComponentName”列表中选择需要的元件，在预览框中可以查看元件图形。
（3）输入流水号
选择了元件后单击OK按钮，系统返回到如图4-7所示的对话框，此时可以在“Designator”编辑框中输入当前元件的流水序号（例如U1）。
注意：
无论是单张或多张图的设计，都绝对不允许两个元件具有相同的流水序号。
在当前的绘图阶段可以完全不理会输入流水号，即直接使用系统的默认值“U?
”。
等到完成电路全图之后，再使用Schematic内置的重编流水序号功能（通过菜单命令Tools→Annotate），就可以轻易地将原理图中所有元件的流水序号重新编号一次。
假如现在为这个元件指定流水序号（例如U1），则在以后放置相同形式的元件时，其流水序号将会自动增加（例如U2、U3、U4等），如果选择的元件是多个子模块集成的话，系统自动增加的顺序则是U1A、U1B、U1C、U1D、U2A、U2B…。
设置完毕后，单击上述对话框中的OK按钮，屏幕上将会出现一个可随鼠标指针移动的元件符号，请将它移到适当的位置，然后单击鼠标左键使其定位即可。
（4）元件注释
在Comment编辑框中可以输入该元件的注释，本实例元件注释为XC2S300E-6PQ208C，这将会显示在图上，如图4-9所示。
（5）封装类型显示
在Footprint框中显示了元件的封装类型。
（6）元件的子模块选择
如果元件由多个子模块集成的话，可以在PartID下拉列表中选择需要放置的模块。
比如FPGA元件XC2S300E-6PQ208C具有12个子模块A、B、C、D、…、L。
完成放置一个元件的动作之后，系统会再次弹出PlacePart（放置元件）对话框，等待输入新的元件编号。
假如现在还要继续放置相同形式的元件，就直接单击按钮，新出现的元件符号会依照元件封装自动地增加流水序号。
如果不再放置新的元件，可直接单击Cancel按钮关闭对话框，放置了XC2S300E-6PQ208C的几个子模块后的图形如图4-9所示。
图4-9放置了FPGA元件后的局部
技巧：
当放置一些标准元件或图形时，可以在绘制前调整位置，调整的方法为：
在选择了元件，但还没有放置前，按住〈Space〉键，即可旋转元件，此时可以选择需要的角度放置元件。
如果按〈Tab〉键，则会进入元件属性对话框，用户也可以在属性对话框中进行设置，这将在本章后面讲解。
2．从元件库管理器的元件列表中选取
图4-10从元件库管理器中选择元件
另外一种选取元件的方法是直接从元件列表中选取，该操作必须通过设计库管理器窗口的元件库管理列表来进行。
下面以示例讲述如何从元件库管理面板中再选取一个XC2S300E元件。
如图4-10所示，首先在面板上Libraries栏的下拉列表框中选取XilinxSpartan-IIE.IntLib库，如果没有加载该库，则先将该元件库装载到当前设计文档中。
然后在零件列表框中使用滚动条找到“XC2S300E-6PQ208C”，并选定它。
单击鼠标右键，从快捷菜单中选择Place命令，此时屏幕上会出现一个随鼠标指针移动的元件图形，将它移动到适当的位置后单击鼠标左键使其定位即可。
也可以直接在元件列表中用鼠标左键双击“XC2S300E-6PQ208C”将其放置到原理图中，这样可更方便些。
具体放置位置可以根据设计要求来定。
如果从元件库管理器中选中该元件，再放置到原理图中的话，则流水号为“U?
”，用户可以单击〈Tab〉键进入元件属性对话框设置流水号。
如果不再继续放置元件，则可以单击鼠标右键结束该命令的操作。
4.2.2使用工具栏放置元件
图4-11常用元件子菜单
用户不仅可以使用元件库来实现放置元件，系统还提供了一些常用的元件，这些元件可以使用Utilities工具栏的常用元件子菜单来选择装载。
常用元件子菜单如图4-11所示。
常用元件子菜单为用户提供了常用规格的电阻、电容、与非门、寄存器等元件，用户可以很方便地选择绘制这些元件。
放置这些元件的操作与前面所讲的元件放置操作类似，只要选中了某元件后，就可以使用鼠标进行放置操作。
4.3编辑元件
4.3.1编辑元件属性
Schematic中所有的元件对象都具有自身的特定属性，在设计绘制原理图时常常需要设置元件的属性。
在真正将元件放置在图纸上之前，元件符号可随鼠标移动，如果按下〈Tab〉键就可以打开如图4-12所示的ComponentProperties（元件属性）对话框，可在此对话框中编辑元件的属性。
图4-12元件属性对话框
如果已经将元件放置在图纸上，要更改元件的属性，可以执行Edit→Change命令来实现。
该命令可将编辑状态切换到对象属性编辑模式，此时只需将鼠标指针指向该对象，然后单击鼠标左键，即可打开元件属性对话框。
另外，还可以直接在元件的中心位置，使用鼠标双击元件，也可以弹出元件属性对话框，然后用户就可以进行元件属性编辑操作。
（1）Properties（属性）操作框
该操作框中的内容包括以下选项：
l Designator。
元件在原理图中的流水序号，选中其后面的Visible复选框，则可以显示该流水号，否则不显示。
l Comment。
该编辑框可以设置元件的注释，如前面放置的元件注释为XC2S300E-6PQ208C，可以选择或者直接输入元件的注释，选中其后面的Visible复选框，则可以显示该注释，否则不显示。
l 对于有多个相同或不相同的子模块组成的元件，如XC2S300E-6PQ208C具有12个子模块，一般以A、B、C、…、K、L来表示，此时可以选择
按钮来设定。
l Description。
该编辑框为元件属性的描述。
l UniqueId。
设定该元件在设计文档中的ID，是唯一的。
l Type。
选择元件类型，从下拉列表中选取。
Standard表示元件具有标准的电气属性；Mechanical表示元件没有电气属性，但会出现在BOM表（材料表）中；Graphical表示元件不会用于电气错误的检查或同步；TieNetinBOM表示元件短接了两个或多个不同的网络，并且该元件会出现BOM表中；TieNet表示元件短接了两个或多个不同的网络，该元件不会出现BOM表中；Standard（NoBOM）表示该元件具有标准的电气属性，但是不会包括在BOM表中。
（2）LibraryLink
在该编辑框中，可以选择设置元件库名称和设计单元的ID。
l DesignItemID。
在元件库中所定义的元件名称。
l LibraryName。
元件所在的元件库。
（3）Sub-DesignLinks
在该编辑框中，可以输入一个连接到当前原理图元件的子设计项目。
子设计项目可以是一个可编程的逻辑元件，或者是一张子原理图。
（4）Graphical属性操作框
该操作框显示了当前元件的图形信息，包括图形位置、旋转角度、填充颜色、线条颜色、引脚颜色以及是否镜像处理等。
l 用户可以在LocationX和Y编辑框中修改X、Y位置坐标，移动元件位置。
Orientation选择框可以设定元件的旋转角度，以旋转当前编辑的元件。
用户还可以选中Mirrored复选框，将元件镜像处理。
l ShowAllPinsonSheet（EvenifHidden）。
是否显示元件的隐藏引脚，选择该选项可以显示元件的隐藏引脚。
l Mode。
在该下拉列表中可以选择元件的替代视图，如果该元件具有替代视图，则会显示该下拉列表有效。
l LocalColors。
选中该选项，可以显示颜色操作，即进行填充颜色、线条颜色、引脚颜色设置操作，如图4-13所示。
图4-13选中LocalColors复选框后的操作界面
l LockPins。
选中该选项，可以锁定元件的引脚，此时引脚无法单独移动，否则引脚可以单独移动。
（5）元件参数（Parameters）
在图4-12所示对话框的右侧为元件参数列表，其中包括一些与元件特性相关的参数，用户也可以添加新的参数和规则。
如图4-14所示，如果选中了某个参数左侧的复选框，则会在图形上显示该参数的值，如图4-15所示的元件即显示了前面选定的参数值。
可以单击Add按钮添加参数属性，或者单击Remove按钮移去参数属性；选中某项属性，然后单击Edit按钮则可以对该属性进行编辑；用户还可以选择某属性后，单击AddasRule，将所选择属性设为一个规则。
图4-14元件参数列表
图4-15显示了参数值的元件
（6）元件的模型列表（Models）
在图4-12所示对话框的右下侧为元件的模型列表，其中包括一些与元件相关的封装类型、三维模块和仿真模型，用户也可以添加新的模型。
4.3.2设置元件的封装
在原理图绘制时，每个元件都应该具有封装模型，如果要进行电路信号仿真的话，那么还需要具有仿真模型，当生成PCB图时，如果要进行信号完整性分析，则还应该具有信号完整性模型的定义。
当绘制原理图时，对于不具有这些模型属性的元件，可以直接向元件添加这些属性。
下面以封装模型和仿真模型属性为例，讲述如何向元件添加这些模型属性。
图4-16添加新的模型对话框
1）在Models编辑框中，单击Add按钮，系统会弹出如图4-16所示的对话框，在该对话框的下拉列表中，选择Footprint模式。
2）单击图4-16所示的OK按钮，系统将弹出如图4-17所示的PCBModel对话框，在该对话框中可以设置PCB封装的属性。
在Name编辑框中可以输入封装名，Description编辑框可以输入封装的描述。
单击Browse按钮可以选择封装类型，系统弹出如图4-18所示的对话框，此时可以选择封装类型，然后单击OK按钮即可，如果当前没有装载需要的元件封装库，则可以单击图4-18中的按钮
装载一个元件库，或单击Find按钮进行查找，具体操作可以参考4.1节。
如果查找到所需要的元件封装的话，封装名会显示在如图4-18所示的对话框中，然后可以选择其中一个元件所对应的封装即可。
图4-17PCBModel对话框
4.3.3设置仿真属性
1）在Models编辑框中，单击Add按钮，系统会弹出如图4-16所示的对话框，在该对话框的下拉列表中，选择Simulation模式。
图4-18浏览封装库对话框
2）单击图4-16中的OK按钮，系统将弹出如图4-19所示的SimModel对话框，在该对话框中可以设置仿真模型的属性。
具体的设置可以参考第10章关于电路仿真的讲解。
图4-19SimModel对话框
3）设置好仿真属性后，单击OK按钮即可完成仿真模型属性的添加。
4.3.4编辑元件参数的属性
如果在元件的某一参数上双击鼠标左键，则会打开一个针对该参数属性的对话框。
例如在显示文字U1A上双击，由于它是Designator流水序号属性，所以出现对应的ParameterProperties（参数属性）对话框，如图4-20所示。
图4-20ParameterProperties（参数属性）对话框
可以通过此对话框设置其流水序号名称（Name框）；参数值、参数值的可见性以及是否锁定；X轴和Y轴的坐标（LocationX及LocationY编辑框）、旋转角度（Orientation选择框）、组件的颜色（Color框）、组件的字体（Font框）等更为细致的控制特性。
如果单击Change按钮，则系统会弹出一个字体设置对话框，可以对对象的字体进行设置，不过这只对于选中的是文本才有效。
4.4元件位置的调整
元件位置的调整实际上就是利用各种命令将元件移动到工作平面上所需要的位置，并将元件旋转为所需要的方向。
一般在放置元件时，每个元件的位置只是估计的，在进行原理图布线前还需要对元件的位置进行调整。
下面以图4-21为例说明如何调整元件的位置。
图4-21放置了一些元件的图纸
4.4.1对象的选取
对象的选取有很多方法，下面介绍最常用的几种方法。
1．直接选取对象
元件最简单、最常用的选取方法是直接在图纸上拖出一个矩形框，框内的元件全部被选中。
具体方法是：
在图纸的合适位置按住鼠标左键，光标变成十字状，如图4-22所示。
拖动光标至合适位置，松开鼠标，即可将矩形区域内所有的元件选中，如图4-23所示的被选中元件会有一个蓝色或绿色虚矩形框标志，表明该元件被选中，绿色框的元件表示为当前首选中的元件。
要注意的是在拖动的过程中，不可将鼠标松开，且光标一直为十字状。
另外，按住〈Shift〉键，使用鼠标单击需要选择的元件，也可实现选取元件的功能。
图4-22按住鼠标左键拉出一个矩形框
图4-23选取元件后的效果
2．主工具栏里的选取工具
在主工具栏里有三个选取工具，即区域选取工具、取消选取工具和移动被选元件工具，如图4-24所示。
图4-24工具栏里的选取工具
区域选取工具的功能是选中区域里的元件。
它与前面介绍的方法基本相同，唯一的区别是：
单击主工具栏里的区域选取工具图标后，光标从开始起就一直是十字状，在形成选择区域的过程中，不需要一直按住鼠标。
取消选取工具的功能是取消图纸上所有被选元件的选取状态。
单击图标后，图纸上所有带黄框的被选对象全部取消被选状态，黄色框消失。
移动被选元件工具的功能是移动图纸上被选取的元件。
单击图标后，光标变成十字状，单击任何一个带虚框的被选对象，移动光标，图纸上所有带虚框的元件（被选元件）都随光标一起移动。
3．菜单中的选取命令
在菜单Edit中有几个关于选取的命令，如图4-25所示。
图4-25菜单中的选取命令
1）InsideArea。
区域选取命令，用于选取区域内的元件。
2）OutsideArea。
区域外选取命令，用于选取区域外的元件。
3）All。
选取所有元件，用于选取图纸内所有元件。
4）Connection。
选取连线命令，用于选取指定连接导线。
使用这一命令，只要相互连接的导线，都会被选中。
执行该命令后，光标变成十字状，在某一导线上单击鼠标左键，将该导线以及与该导线有连接关系的所有导线选中。
5）ToggleSelection。
切换式选取。
执行该命令后，光标变成十字状，在某一元件上单击鼠标左键，如果该元件以前被选中，则元件的选中状态被取消；如果该元件以前没有被选中，则该元件被选中。
4.4.2元件的移动
AltiumDesigner中，元件的移动大致可以分成两种情况：
一种情况是元件在平面里移动，简称“平移”；另外一种情况是当一个元件将另外一个元件遮盖住的时候，也需要移动元件来调整元件间的上下关系，将这种元件间的上下移动称为“层移”。
元件移动的命
图4-26菜单中的“移动”命令
令在菜单Edit→Move中，如图4-26所示。
移动元件最简单的方法是：
将光标移动到元件中央，按住鼠标，元件周围出现虚框，拖动元件到合适的位置，即可实现该元件的移动。
菜单Edit→Move中各个移动命令的功能如下所述。
1）Drag。
它是一个很有用的命令，特别是当连接完线路后，用此命令移动元件，元件上的所有连线也会跟着移动，不会断线。
执行该命令前，不需要选取元件。
执行该命令后，光标变成十字状，在需要拖动的元件上单击一下鼠标，元件就会跟着光标一起移动。
将元件移到合适的位置，再单击一下鼠标即可完成此元件的重新定位。
2）Move。
用于移动元件。
但它只移动元件，与元件相连接的导线不会跟着它一起移动，操作方法同Drag命令。
3）MoveSelection和DragSelection。
与Move和Drag命令相似，只是它们移动的是选定的元件。
另外，这两个命令适用于将多个元件同时移动的情况。
4）MoveToFront。
在最上层移动元件，这个命令是平移和层移的混合命令。
它的功能是移动元件，并且将它放在重叠元件的最上层，操作方法同Drag命令。
5）RotateSelection。
命令将选中的元件进行逆时针旋转；而RotateSelectionClockwise命令则将选中的元件进行顺时针旋转。
6）Brin
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