Altium Designer 10電路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實例課件自激多諧振蕩器電路設(shè)計

1、第14章 自激多諧振蕩器電路設(shè)計14.1 從Schematic 到PCB 的設(shè)計流程本章下面介紹從Schematic 到PCB 的設(shè)計流程。以一個簡單的小實例，讓讀者系統(tǒng)地了解一下從原理圖設(shè)計到PCB 設(shè)計的過程，掌握一些常用技巧。14.1.1 原理圖的輸入在該實例中以如圖草稿圖所示的一個自激多諧振蕩器為例講解整個PCB 設(shè)計的流程。Step1執(zhí)行菜單命令FileNewProjectPCB Project，建立一個新的PCB 項目。Step2執(zhí)行菜單命令 FileSave Project，將項目命名為，存在指定的目錄文件夾中。這樣就保存了一個名為Multivibrator 的項目。Step3執(zhí)

2、行菜單命令 FileNewSchmatic，新建了一個原理圖文件，新建的原理圖文件會自動添加到Multivibrator 項目中。如圖所示。Step4執(zhí)行菜單命令DesignDocuments Options，出現(xiàn)Document Options 設(shè)置對話框。如圖所示。Step5可以對文件夾進(jìn)行設(shè)置?？梢孕薷娜缒０迕郑x擇是否顯示明細(xì)表、參考區(qū)等等，以及圖紙的大小?，F(xiàn)在默認(rèn)的圖紙（Standard Style）為A4 號，單擊Parameters 標(biāo)簽將其激活后，可以加入一些該文件夾的參考信息。本例中，只改變圖紙的大小。設(shè)置好后，單擊OK，完成設(shè)置。Step6單擊File 菜單，選擇Save

3、 as，存儲原理圖文件，命名為。Step7執(zhí)行菜單命令“View （視圖） Workspace Panels（工作面板）System（系統(tǒng)） Libraries（庫）”。右側(cè)的工作區(qū)面板顯示為庫工作區(qū)面板。如果知道用到的元件在哪個庫中，直接單擊庫工作區(qū)面板左上角Libraries 按鈕，彈出Available Libraries 對話框，單擊“Project（項目）”標(biāo)簽，在對話框中單擊“Add Library（添加庫）”按鈕，選擇所需的庫，單擊“Open（打開）”，就加載了所選的庫，可以在原理圖設(shè)計中使用該庫中的元件。如圖所示。如果事先不知道準(zhǔn)確的庫，則單擊“Search（查找）” 按鈕查詢

4、。彈出“Libraries Search（查找?guī)欤睂υ捒颍鐖D所示。Step8在“Scope（范圍）” 選項中，單擊“Libraries on Path（庫路徑）”。確定“Path（路徑）” 路徑為正確指向庫所在路徑。在本例中，需要“2N3904”，所以，在查詢對話框中，輸入“3904”為查詢條件。不查詢子目錄，所以“Path（路徑）” 中的“Include Subdirectories（包含子目錄）” 不選中。單擊“Search（查找）” 按鈕。然后在庫面板中就會顯示出查詢到的“2N3904”元件，顯示查詢結(jié)果。如圖所示 Step9選中查找到的元件，右鍵單擊選擇“Install Cuttu

5、nt Library（加載當(dāng)前庫）”，就成功加載了庫。右側(cè)的庫工作面板會有庫的相應(yīng)顯示。Step10選擇Miscellaneous Devices.IntLib 為當(dāng)前庫。庫名下的過濾器中默認(rèn)通配符為“*”，下面列表中列出了該庫中的所有元件。在“*”后面輸入“3904”，可以快速定位元件。在列表中選擇“2N3904”?？梢钥吹剑珹ltium Designer 10采用了集成的庫管理方式。在元件列表下方還有三個小窗口。從上到下的依次順序是元件的原理圖圖形，元件集成庫中所包含的內(nèi)容（封裝，電路模型等），元件的PCB 板封裝圖形。如果該元件有預(yù)覽，則在最下面還會出現(xiàn)元件的預(yù)覽窗口。Step11雙擊元

6、件名，光標(biāo)呈十字狀，光標(biāo)上“懸浮”著一個晶體管輪廓?，F(xiàn)在處于放置元件狀態(tài)。按下鍵盤的“TAB”鍵，可以打開元件屬性對話框。如圖所示。Step12設(shè)置元件屬性。將Designator（標(biāo)識符）命名為Q1，確定封裝正確，其他屬性在本例中不修改。單擊OK，對話框關(guān)閉后，光標(biāo)恢復(fù)到按下“TAB”鍵以前，將光標(biāo)移動到原理圖圖紙上合適的位置，單擊左鍵，放下元件Q1。光保持原來的擺放元件狀態(tài)，再移動到合適的位置，按下“X”鍵，使元件水平翻轉(zhuǎn)，單擊左鍵，放下元件“Q2”。只用到兩個“2N3094”，所以單擊鼠標(biāo)右鍵，光標(biāo)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)指針狀態(tài)。Step13放置電阻，在庫工作區(qū)面板中，在過濾器里輸入“RES1”，選

7、擇元件列表中的“RES1”，雙擊“RES1”后轉(zhuǎn)到元件擺放狀態(tài)，按下“TAB”鍵，設(shè)置屬性。如圖 所示。Step14 在Designator 欄中鍵入“R1”作為第一個電阻元件序號。確認(rèn)封裝正確。在“Comment” 欄中，選擇“Value”，并使其不可視?！?Value” 規(guī)則可以作為關(guān)于元件的一般信息在仿真時使用，個別元件除外。設(shè)置“Comment”來讀取這個值，這會將“Comment”信息體現(xiàn)在PCB 設(shè)計工具中。對電阻的Parameter 欄的設(shè)置將在原理中顯示，并在本書以后運行電路仿真時會被Altium Designer 10使用。單擊Parameter 中的Value 一欄的Val

8、ue 值，直接鍵入100k。單擊OK?；氐椒胖媚Ｊ?，按空格鍵可以旋轉(zhuǎn)器件，將R1 移動到合適的位置后單擊左鍵放下器件。同樣方法擺放其余三個電阻。R3，R4 的Value 值設(shè)為1k。Step15放置電容的方法同電阻，在庫工作區(qū)面板的過濾器中鍵入“CAP ”可以找到所用的電容。電容Value 為20n。 Step16放置連接器，所在庫為，加載它并確認(rèn)它為當(dāng)前庫。在列表中找到HEADER2 元件，仿真時將它作為電路，不需對它進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。按X按鈕可以水平翻轉(zhuǎn)它。Step17執(zhí)行菜單命令View（視圖）Fit All Objects，能夠得到剛好顯示所有器件的視圖。開始著手連接電路。單擊Place（

9、放置） Wire（導(dǎo)線），進(jìn)入連線模式，光標(biāo)變?yōu)槭譅?。將光?biāo)移到R1 的下端，當(dāng)出現(xiàn)一個紅色的連接標(biāo)記時，說明光標(biāo)在元件的一個電氣連接點上，單擊左鍵確定下第一個導(dǎo)線點，移動光標(biāo)，到Q1 的基極，出現(xiàn)紅色標(biāo)記時，單擊左鍵，完成這個連接后，單擊右鍵，則恢復(fù)到連線初始模式。可以繼續(xù)連接下面的電路。如果連接完畢，再單擊右鍵，則光標(biāo)恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)指針狀態(tài)。彼此連接的一組元器件的引腳稱為網(wǎng)絡(luò)。在這個電路上為了以后作仿真方便加上一些網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽。執(zhí)行菜單命令PlaceNet Lable。放置標(biāo)簽前，按下“TAB”鍵，可以改變網(wǎng)絡(luò)名。如圖 所示。標(biāo)簽左下角要與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生電氣連接。我們加入“+12V”和“GND”

10、兩個標(biāo)簽。完成的原理圖如圖所示。然后保存原理圖。14.1.2 設(shè)置項目選項通過編譯后，可確保電路捕獲正確，可準(zhǔn)備進(jìn)行仿真分析或傳遞到下一個設(shè)計階段。接下來需要設(shè)置項目選項。在后面編譯項目時Altium Designer 10 將使用這些設(shè)置。項目選項包括錯誤檢查規(guī)則、連接矩陣、比較設(shè)置、ECO 啟動、輸出路徑和網(wǎng)絡(luò)選項以及你想指定的任何項目規(guī)則。當(dāng)項目被編譯時，詳盡的設(shè)計和電氣規(guī)則將應(yīng)用于驗證設(shè)計。當(dāng)所有的錯誤被解決后，原理圖設(shè)計的再編譯將被啟動的ECO 加載到目標(biāo)文件，例如一個PCB 文件。項目比較允許你找出源文件和目標(biāo)文件之間的差別，并在相互之間進(jìn)行更新。執(zhí)行菜單命令Project（項目）

11、Project Options（項目選項），出現(xiàn)如圖所示Options for Project 對話框。所有與項目相關(guān)的選項均通過這個對話框來設(shè)置。原理圖包含關(guān)于電路連接的信息，可以用連接檢查器來驗證設(shè)計。當(dāng)編譯項目時，Altium Designer 10 將根據(jù)在Error Reporting（錯誤報表） 和Connection Matrix（連接矩形） 標(biāo)簽中的設(shè)置來檢查錯誤，錯誤發(fā)生后則會顯示在Messages （信息）面板上。對話框中的Error Reporting 標(biāo)簽用于設(shè)置設(shè)計草圖檢查。Report Mode（報表模式） 表明違反規(guī)則程度。單擊所要修改的規(guī)則旁邊的圖標(biāo)，從下拉菜單

12、中選擇嚴(yán)格的程度。如圖 所示。本例中這一項使用默認(rèn)設(shè)置。修改連接錯誤的步驟如下：Step1單擊“Options for Project”對話框的“Connection Matrix”標(biāo)簽。如圖所示。Step2單擊兩種類型的連接的相交處的方塊，例如Output Sheet Entry（輸出原理圖入口）與Open Collector Pin（打開電極引腳）。Step3在方塊變?yōu)閳D例中的errors 表示的顏色時停止單擊，例如一個橙色方塊表示一個錯誤將表明這樣的連接是否被發(fā)現(xiàn)。電路不只包含Passive Pins（在電阻、電容和連接器上）和Input Pins（在晶體管上）。檢查看連接矩陣是否會偵測

13、出未連接的Passive Pins。可以按如下步驟進(jìn)行：Step1在行標(biāo)簽中找到Passive Pin（在電阻、電容和連接器上），在列標(biāo)簽中找到Unconnected。它們的相交處的方塊表示在原理中當(dāng)一個Passive Pin（在電阻、電容和連接器上） 被發(fā)現(xiàn)未連接時的錯誤條件。默認(rèn)是一個綠色方塊，表示運行時不給出報告。Step2單擊這個相交處的方塊，直到它變?yōu)辄S色，這樣當(dāng)我們修改項目時，未連接的Passive Pins（在電阻、電容和連接器上） 被發(fā)現(xiàn)時就會給出警告。如圖 所示。Step3單擊Comparator 標(biāo)簽，在Difference Associated with Componen

14、ts 單元找到Changed Room Definitions、Extra Room Definitions 和Extra Component Classes，從這些選項右邊的Mode 列中的下拉列表中選擇Ignore Differences。如圖 所示。完成了原理圖的設(shè)計，可以利用原理圖進(jìn)行電路的仿真和布板前的信號完整性分析。14.1.3 仿真前準(zhǔn)備在運行仿真之前，需要添加一些物件到我們的電路中：振蕩器的電壓源；用于仿真的參考地和一些讀者希望查看波形的電路點的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽?？梢园凑杖缦虏襟E操作。Step1單擊窗口頂部的“” 使原理圖文件為當(dāng)前文檔。Step2必須再放置一個有電壓源的連接器。要刪除

15、連接器，在連接器體上單擊一次選取它，然后按鍵盤上的“DELETE（刪除）”鍵。Step3在庫面板上選擇“Simulation Source.IntLib ”，如圖 所示。然后在下面選擇“VSRC”，雙擊則一個電源符號將懸浮在光標(biāo)上。按鍵盤上的TAB 鍵編輯其屬性。在出現(xiàn)的對話框中，設(shè)置“Designator（標(biāo)識符）”為V1。單擊“OK”按鈕關(guān)閉對話框，然后將這個電源放在12V 和GND 導(dǎo)線的垂直端點之間。拉動導(dǎo)線，使導(dǎo)線和電源連接上。在運行仿真之前最后的任務(wù)是在電路的合適的點放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽，這樣可以很容易地認(rèn)出讀者希望查看的信號。在本例教程電路中，較好的點是兩個晶體管的基極和集電極。Step

16、1從菜單選擇Place（放置）Net Label（網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽）（快捷鍵P，N）。按TAB 鍵編輯網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的屬性。在“Net Label（網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽）”對話框，設(shè)置“Net” 欄為Q1B，然后關(guān)閉對話框。如圖 所示。Step2將光標(biāo)放在與Q1 基極連接的導(dǎo)線上。左擊或按ENTER 將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽放在導(dǎo)線上。Step3按TAB 鍵將Net 欄改為Q1C。將光標(biāo)放在與Q1 集電極連接的導(dǎo)線上，左擊或按ENTER 將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽放在導(dǎo)線上。Step4同樣地，將Q2B 和 Q2C 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽放在Q2 的基極和集電極導(dǎo)線上。Step5完成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的放置后，右擊或按ESC 退出放置模式。Step6保存仿真電路為與原原理圖

17、不同的文件名，選擇“File（文件）Save As（另存為）” 在“Save As（另存為）”對話框鍵入“”。結(jié)果如圖 所示。14.1.4 電路仿真Step1對電路進(jìn)行仿真。執(zhí)行菜單命令“Design（設(shè)計）Simulate（仿真）Mixed Sim（混合仿真）”，出現(xiàn)Analyses Setup （分析設(shè)置）對話框。如圖所示。如果要運行瞬態(tài)特性分析，勾選左側(cè)列表中“Operating Point Analysis（操作點分析）” 和 “Transient（瞬變）/Fourier（傅里葉）” 選項后的 Enable 框，使其有效。單擊“Transient（瞬變）/Fourier（傅里葉）”，對

18、話框右側(cè)發(fā)生相應(yīng)變化，可以設(shè)置“Transient（瞬變）/Fourier（傅里葉）”的仿真條件。在此例中，RC 時間常數(shù)為100k x 20n = 2 ms 。要查看到振蕩的5 個周期，我們就要設(shè)置看到波形的一個10ms 部分。使“Use Transient Defaults（使用瞬變預(yù)設(shè)值）” 選項無效，可以自行定義仿真的參數(shù)。“Transient Start Time(瞬變開始時間)” 仍舊設(shè)為0， “Transient Stop Time（瞬變停止時間）” 設(shè)為10ms，“Transient Step Time（瞬變步時間）” 設(shè)為10us，“Transient Max Step Ti

19、me（瞬變最大步時間）” 設(shè)為10us，另外不使用初始條件仿真，結(jié)果所顯示的仿真周期和每周期采集點保持不變。因為不進(jìn)行傅立葉仿真，就不用勾選，對其參數(shù)不用考慮。設(shè)置完成后結(jié)果如圖 所示。Step2設(shè)置完成，單擊“OK” 按鈕，仿真會自動完成。彈出的“Message（信息）” 窗口顯示仿真過程。如果沒有錯誤，完成仿真后可以關(guān)掉它。工作區(qū)顯示仿真結(jié)果。如圖所示。由于本例并非高速數(shù)字電路，不會出現(xiàn)信號完整性的問題，可以不必進(jìn)行信號完整性分析。14.2 創(chuàng)建PCB 文件電路原理圖設(shè)計完成后，緊接著就要設(shè)計電路板，首先新建一個電路板文件，并在新PCB里繪制板框，而新建PCB 文件與繪制板框的方法在前述P

20、CB 設(shè)計相關(guān)章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此僅要點提示。14.2.1 創(chuàng)建一個新的PCB 文件在將設(shè)計從原理圖編輯器轉(zhuǎn)換到PCB 編輯器之前，需要創(chuàng)建一個有最基本的板子輪廓的空白PCB。在Altium Designer 10 中創(chuàng)建一個新的PCB 設(shè)計的最簡單方法是使用PCB 向?qū)В@將讓你選擇工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)板輪廓又創(chuàng)建了你自定義的板子尺寸。在向?qū)У娜魏坞A段，都可以使用Back 按鈕來檢查或修改以前頁的內(nèi)容。要使用PCB 向?qū)韯?chuàng)建PCB，可以按照以下步驟：Step1在Files 面板的底部的“New from Template（新建模板）” 單元單擊PCB Board Wizard 創(chuàng)建新的PCB。如果這個

21、選項沒有顯示在屏幕上，點向上的箭頭圖標(biāo)關(guān)閉上面的一些單元。如圖 所示。Step2PCB Board Wizard 打開。首先看見的是介紹頁，如圖 所示。Step3點Next 按鈕繼續(xù)。設(shè)置度量單位為英制（Imperial）。注意，1000 mils = 1 inch 。如圖所示。Step4向?qū)У牡谌撛试S選擇要使用的板輪廓。在本例中使用自定義的板子尺寸。從板輪廓列表中選擇Custom，單擊Next。如圖所示。Step5再下一頁進(jìn)入自定義板選項。如圖所示。在本例子電路中，一個2 x 2 inch 的板子對于這個電路足夠了。選擇Rectangular 并在Width 和Height 欄鍵入2000

22、。取消選擇Title Block & Scale、Legend String 和 Dimension Lines 以及 Corner Cutoff 和 Inner Cutoff。單擊Next 繼續(xù)。Step6在此頁允許選擇板子的層數(shù)。如圖所示。這個實例中需要兩個Signal Layer，不需要Power Planes。單擊Next 繼續(xù)。Step7在設(shè)計中使用的過孔（via）樣式選擇Thru-hole Vias only，單擊Next。如圖所示。Step8此對話框是讓選擇器件和Routing 技術(shù)。是否把器件布置在Board 的兩面，即雙面板。在這里選擇默認(rèn)設(shè)置即可。如圖所示。然后單擊Next進(jìn)入下一個對話框。Step9這個對話框可以選擇默認(rèn)的Track和Via的大小，圖中的藍(lán)色數(shù)字都是可以修改的數(shù)字，保持默認(rèn)即可。如圖所示。然后單擊Next 進(jìn)入下一個對話框。Step10進(jìn)入向?qū)У淖詈笠豁?，如圖1