在 Altium Designer 中采用模块化 PCB 设计方法

2021-07-17

在 Altium Designer 中采用模块化 PCB 设计方法

PCB 设计很少在设计功能块或连接具有不同功能的模块方面进行讨论。通常可以在设计简单设计时不考虑您的 PCB 布局如何影响电路板中多个功能块之间的操作和交互。对于更复杂的设计，在设计复杂系统时，您需要考虑的不仅仅是电路板的高级概述。

模块化 PCB 设计是一种在为各种应用设计 PCB 时隐式使用的设计方法。嵌入式系统、多板系统、混合信号系统和其他具有不同功能的板都可以从这种设计方法中受益。新设计师最好学习有关模块化 PCB 设计的任何知识。

当您第一次涉足模块化 PCB 设计时，您会很快发现您的设计工具可能无法跟上，因为缺乏统一性、设计工具之间的数据格式不一致以及不同的基本设计步骤不必要的重复。工具。设计软件终于赶上了模块化设计的需求，PCB 设计人员终于可以访问专门适用于模块化 PCB 设计的设计平台包。

统一的 PCB 设计包，具有业内适应性最强的设计工具集。

过去，PCB 设计单独处理整个电子系统的每个部分。系统不同部分之间的链接很少被考虑，除非设计者创建最复杂的电路板。一些示例包括计算机体系结构和外围设备、用于军事和航空航天的嵌入式系统以及其他复杂的多板系统。

现在市场上所有领域的电子产品都变得更加智能和互联，消费者对电子产品的功能提出了更高的要求。PCB 设计人员需要以新的方式思考，以便将所有这些功能集成到单个设备中。模块化 PCB 设计是一种采用电子系统分层视图的设计方法，无论是刚柔结合、多板、混合信号还是其他系统。

以一致、统一的界面和单一数据模型运行的设计软件具有独特的能力，能够适应模块化 PCB 设计。这允许您为您的系统定义严格的层次结构，并在您的下一个设备中快速实施它。考虑到这一点，让我们来看看模块化 PCB 设计过程以及如何采用分层方法来设计复杂系统。

模块化 PCB 设计流程

考虑模块化设计需要根据设备的独立功能来看待您的设备。当您从设备的功能框图开始时，这是迄今为止最简单的。您希望从高级视图开始，了解设备的不同部分如何协同工作以产生您需要的关键功能。您需要在功能框图中考虑输入和所需的输出。

如果您的设备将包含一些中央处理，您需要将其视为整个设计过程的一部分。这不仅仅是创建一个框图；如果您不及早考虑这一点，您可能需要在稍后开始布局电路板时对您的设计进行更改。许多设计人员会立即开始围绕某个中心组件布置电路板，而不考虑系统中功能块之间的关系。

一旦您准备好深入了解电路板功能的更细粒度级别，您可能需要创建更精细的框图来显示设备的每个部分的功能。换句话说，您希望采用分层方法来设计电路板的关键特性。

使用原理图进行模块化设计

创建原理图是将电路板从餐巾纸背面取出并放入设计软件的第一步。在模块化设计方面，当您设计框图中每个功能块内的组件之间的连接时，您可以在原理图设计方面领先一步。这为您设计每个 PCB 原理图提供了良好的开端，并在您开始设计每个电路时为您提供了有用的参考。

可以使用专为印刷电路设计量身定制的分层原理图编辑器将原理图链接在一起。这允许您定义多个原理图之间的父子关系。这也有助于您在整个设计过程中保持井井有条，并让您一次专注于设计的一个部分。然后，您可以在更高级别的父原理图中将多个原理图链接在一起，类似于您在功能框图中的操作方式。

用于印刷电路布局的分层多板设计

在许多系统中，您将重复使用设计的某些部分，并且没有理由在不同的原理图中不断重新设计电路板的部分。这就是多通道设计变得至关重要的地方。这种设计方法使您可以轻松地在不同的原理图中重用设计的各个部分。您不必在原理图中多次重新添加和重新排列相同的组件。

一旦定义了原理图之间的父子关系并将功能框图完全转换为一组分层原理图，就可以过渡到 PCB 布局阶段。您需要使用原理图捕获工具将原理图捕获为新板上的初始布局。一旦您在初始板上捕获了您的组件和连接，就可以开始排列和布线组件了。

如果您正在创建一个多板系统，这个设计过程自然适用于多板设计。每个功能块或多个功能块都可以集成到不同的板中，使每个板的原理图捕获变得更加容易。

当您的原理图帮助您彼此保持同步并与您的 PCB 布局保持同步时，模块化 PCB 设计过程就会容易得多。分层示意图可帮助您在整个设计过程中保持独特的组织方式。

具有统一工具集的正确设计软件将帮助您调整流程以适应模块化 PCB 设计。

正确的 PCB 设计软件自然会使用单一数据模型集成您的原理图数据、布局和组件信息。这自然有助于模块化 PCB 设计过程。

原理图设计作为模块化 PCB 设计过程的一部分

模块化 PCB 设计：布局阶段

一旦您将原理图捕获为初始布局，就可以开始在电路板周围布置组件了。正确的原理图捕获工具将维护您在原理图中定义的组织，并将显示组件之间的连接作为原理图的一部分。

在多板系统的情况下，某些板将需要具有分离到板的不同部分或字面上不同板上的功能。例如，混合信号系统的设计应该使数字和模拟部分形成自己的功能块，并且每个块都需要在电路板中分离到自己的区域以保持信号完整性。

一旦您添加更多功能，例如用于无线通信的 Wi-Fi 模块，它也应该位于自己的功能块中，甚至可能需要自己的原理图。您需要将每种类型的功能分配到自己的电路板区域，以保持信号完整性并确保您的设备按预期运行。

例如，在计算机体系结构领域，多板系统将重要功能分成不同的块，以提供不同的功能，同时满足设计和功能方面的特定行业标准。这只是模块化设计方法不可或缺的一个领域。

模块化 PCB 设计软件

用于模块化设计的 PCB 设计软件需要许多其他设计平台根本无法提供的功能。您的模块化设计软件需要包含分层的多通道原理图编辑工具，以将系统的关键特性分成功能块。当您的设计软件在您的原理图编辑器旁边包含一个原理图捕获工具时，您将以最高的生产力运行。

组件管理是模块化 PCB 设计的另一个重要部分。在进行多通道设计时，您将在整个电路板的不同位置重复使用大量组件。这意味着您需要一个组件库，该库使用统一的组件数据模型与您的所有设计功能集成。

将这些功能集成到单个界面中，您可以轻松生成初始布局并开始在整个系统中排列组件。您的布局编辑器还应允许您在布局中将组件分组，以便根据需要轻松重新排列系统中的组件。这有助于您在进行制造之前保持井井有条并纠正布局错误。

模块化设计是一种自然的多板设计方法。将功能分离到不同的板上是确保您的系统保持井井有条并按预期工作的自然方式。

当您使用模块化 PCB 设计软件时，物联网设备的模块化硬件可以轻松集成到复杂的多板系统中。

任何制造商都需要为您的电路板提供完整的文档包。使用集成设计软件使模块化 PCB 设计变得更加容易，并允许您为制造商快速生成文档。

与 Altium Designer 中的原理图编辑器集成的组件制造商搜索工具

软件辅助模块化 PCB 设计应用

有许多应用程序可以激发您的下一个设计，并将受益于模块化设计方法。计算机体系结构是一个长期使用模块化设计方法的领域，尽管在整个行业的不同公司中。随着更多消费级产品包括复杂的功能和提供连接性，采用正确的设计软件采用模块化方法将帮助您成功地针对这些应用进行设计。

可穿戴医疗设备、智能手机、娱乐系统、家庭自动化系统和联网汽车等产品都是嵌入式系统，自然采用模块化设计方法。这些领域的许多设备实际上是多板系统，需要复杂的设计工具来帮助您创建功能设计并准备将其交付给您的 PCB 制造商。

虽然模块化设计软件包括广泛的功能，但它不需要使模块化设计过程变得复杂。当这些工具集成到单个程序中时，模块化设计过程将更加容易并且可以快速进行。您的设计软件应该包含使用任何设计方法（包括模块化设计）创建综合系统所需的工具，而不是像其他 PCB 设计软件公司那样将工具分成单独的程序。

统一环境中的模块化设计

在统一设计功能的环境中工作，您不仅可以使用复杂的原理图和布局编辑工具。Altium Designer 中的集成设计环境使用单一的规则驱动设计引擎和单一的组件和电路板数据模型运行。这允许模拟器、数据管理和文档工具等功能在您准备制造时立即访问您的设计数据。

仿真是模块化设计的重要组成部分，因为您需要验证配电网络、串扰和 EMI 抑制的重要方面。使用集成设计平台可以将您的设计数据直接传递到您的仿真工具。您不必将设计导出到另一个程序。这还允许您将模拟限制在系统内的特定功能块中。

使用规则驱动的设计可确保您的设计功能会立即根据您的设计规则检查您的原理图和布局选择。作为模块化设计的一部分，您需要确保设计中的每个功能块都能按预期运行并且符合基本设计标准。

Altium Designer 中的交互式设计规则检查

Altium Designer 是唯一将所有这些功能以及更多功能集成到由规则驱动设计引擎管理的单一、统一设计环境中的设计软件。这可确保您的工具自然适应模块化 PCB 设计，并将这些工具集成到单一设计环境中。您将拥有使用 Altium Designer 设计任何应用程序所需的功能。