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【Altium】AD-PCB三种布局布线复制方法详解

一、文档背景

PCB设计中经常会有类似多通道设计的电路,即同样的电路,在整个PCB上会有好几组。有些可能几组电路使用的元器件和元器件之间的连接关系完全一致,有些则会有个别元器件不一样。有工程师经常会问,在这种场景下,PCB的布局和布线能否复制,这样可以大大节省PCB设计的时间。




二、 解决的问题或者进行问题分析

在Altium Designer中是可以对上述场景进行PCB布局布线复制的,在操作上根据原理图不同的情况会有区别,大致可以分成以下三种情况:

1. 原理图使用了层次化结构,即使用了Sheet Symbol或者Device Sheet

2. 原理图没有层次化结构,几组电路使用的元器件和元器件之间的连线完全一致

3. 原理图没有层次化结构,几组电路有个别元器件不一致

需要在PCB中进行布局布线复制,需要让AD知道各个元器件的对应关系,以上三种场景下,需要不同的操作才能实现。


三、 操作方法

1. 原理图使用了层次化结构,即使用了Sheet Symbol或者Device Sheet

利用AD的Sheet Symbol或者Device Sheet功能,如图1,把一张原理图在整个项目中多次使用(即这张原理图上的电路在整个PCB中有多组)。这种情况,对于PCB上的布局布线复制是最简单的,每组电路上的元器件对应关系已经通过Sheet Symbol实现了一一对应,在从原理图Update到PCB的时候,这些关系会被自动导入到PCB中。在PCB中每张原理图会自动生成一个Room,原理图上的元器件会和对应的Room自动产生关联关系,如图2。


图1



图2


先把一组电路的布局布线做完,然后执行“设计”——“Room”——“拷贝Room格式,此时鼠标光标变成绿色十字,点击已经做完布局布线的Room,再去点击要复制的Room,弹出确认复制窗口,如图3,此处不用修改选项,一般用默认的就行。

源Room:这个模块的布局布线将被复制

目标Room:布局布线将复制到这块

选项

复制元器件布局:勾选此项可将源Room的元器件布局复制到指定的Room

复制位号&注释格式:勾选此项可将源Room的位号和注释格式复制到指定的Room

复制布线的网络:勾选此项可将源Room的布线复制到指定的Room

复制Room格式/外形:勾选此项可将源Room的形状用于指定的Room

Copy Room Orientation:勾选此项可将源Room的方向用于指定的Room

仅复制选中的对象:勾选此项可将源Room选定对象的格式复制到的指定的Room

触碰对象选项

复制触碰到Room的所有对象:勾选此项后仅复制与Room接触的对象

排除没有网络的对象:勾选后不会复制没有网络的对象

仅完全被包含的/包含的触碰到的

仅完全被包含的对象:勾选后仅复制完全封闭的对象(不完全在Room区域内的布线不会被复制,如图4)

被包含触碰对象:勾选后可以复制封闭和触碰的对象(完全在Room区域内以及触碰到Room的布线会被复制,如图5)



图3


图4



图5


通道到通道元器件匹配

此选项用以确定如何在每个通道中识别相同的元器件。

Match Components By Channel Offsets:在原理图设计Update至PCB时,重复通道中的每个元器件都会被分配一个Channel Offset值,用来识别每个通道中的相同元器件。如图6,可以看到,两组电路中相同的元器件都被赋予了相同的Channel Offset值,Channel Offset相同的元器件,AD会认为它们是一致的,在复制的时候就能将它们识别出来,进行一一对应,进行布局和布线的复制。


图6


Match Components By Source Designator:使用位号识别每个通道中的匹配元器件,根据Sheet Symbol自动分配的带后缀位号识别。

移除受影响的连接

Whole connections:Room区域内外受影响的连接将被移除

Touching parts of connections only:触碰到Room的受影响连接将被移除

Contained parts of connections only:Room区域内的受影响连接将被移除

复制的时候可以把目标Room原有的布线给移除,替换成源Room的布线,如图7,图8。


图7


图8


使用Sheet symbol生成的原理图,元器件匹配关系软件都会自动生成,是最方便在PCB进行布局布线复制的方法。


2. 原理图没有层次化结构,几组电路使用的元器件和元器件之间的连线完全一致

没有使用层次化结构,即原理图没有用到Sheet symbol,而是相同的电路使用复制粘贴,更改位号的方式画在原理图上。它们使用的元器件,元器件之间的连线都完全一致,这种情况下,可以使用AD24新增加的PCB Layout

Replication功能来进行布局布线的设置,区别于Copy Room Format,PCB Layout Repication不需要Room。

图9


先完成一组电路的布局布线,全选中这组电路,运行PCB Layout Replication后弹出设置窗口,如图10。左侧Source Block是已经完成的源模块,右侧Target Blocks是软件自动识别出和源模块完全一致,可以进行复制的模块右下Preview是目标模块完成复制后的预览图。在右侧目标模块中选择想要进行复制的模块,其他默认就能将布局布线复制。


图10


Options选项

Copy routed nets:勾选此项可复制源模块中连接元器件的铜对象(连线、弧形、焊盘、通孔、填充、区域和多边形)

Copy Designator & Comment formating:勾选此项可将Source Block中元器件的位号和注释字符的格式复制

Copy unrouted objects:勾选此项可复制不连接原模块的铜对象(线、弧形、焊盘、通孔、填充、区域和多边形)图11中有一段线未与源模块有任何连接,在不勾选的情况下,它不会被复制。反之,它也会被一起复制,如图12。

图11




图12


Use the interactive placement:勾选此选项可以在执行Replication后拖动目标模块进行整体放置。默认状态下此选项是不勾选的,此时每个目标模块将以模块电路中的主元器件为中心来进行定位。AD默认模块中引脚最多的元器件为主元器件,或者当有多个元器件具有相同的最大引脚数,则面积最大的为主元器件。Source Block中的光标状的图标指向的元器件就是主元器件,可以手动指定主元器件。



图13


使用PCB Layout Repication完全依靠软件自动识别可复制电路模块,必须满足所选源模块和目标模块使用的元器件以及连接关系完全一致,不然则无法识别。


3. 原理图没有层次化结构,几组电路有个别元器件不一致

这种情况最为复杂,单纯的拷贝Room格式和PCB Layout Repication都无法满足使用条件,需要人为进行设置。

操作方法如下:

1)首先对两个电路模块的元器件进行筛选


图14


2)分别对两组元器件添加Room,如图15,此时并不能执行拷贝Room格式来进行复制,移动Room可以发现,元器件并不会跟随Room移动,因为它们之间还没有建立连接关系。


图15


3)创建两个Component Class,为了便于区分,分别和两个Room使用相同的命名,然后将两组元器件分别加入对应的Class。


图16


4)分别双击两个Room,将适用对象选择对应的Component Class。此时再去拖动Room,会发现元器件会随着Room一起移动,这就表示Room和元器件已经关联起来了。也可以使用图18中“从选择的器件创建Room”来直接生成一个Room,这样也可以将Room和元器件关联。


图17


图18


5)选中一组器件,打开PCB List,根据图19中设置,将元器件按位号排序,然后复制Channel Offset这一列的数字。选中另一组元器件,打开PCB List,同样按位号排序,把复制的Channel Offset的数字粘贴进去,确保两组元器件对应运期间的Channel Offset数值一致。



图19


6)对一组元器件进行布局布线,然后使用拷贝Room格式功能,就能将布局布线复制给另一个组。


图20



图21



四、结论

在PCB设计中,多通道设计使用布局布线复制具有重大意义,它能提高设计效率、保持设计一致性、简化维护工作、节省板材空间以及提升整体美观度。具体分析如下:

1. 提高设计效率

● 避免重复劳动:在具有多个相同模块的PCB设计中,通过使用多通道设计,可以避免对每个通道的电路进行逐一布局和布线的重复劳动,尤其对于含有多个相同模块的PCB设计,时间成本大幅降低。

● 简化操作流程:利用布局布线复制功能,设计师只需要完成一个通道的布局布线工作,其余相同模块可以通过复制功能自动完成,从而简化了整个设计过程。

2. 保持设计一致性

● 确保模块匹配:多通道设计使用布局布线复制可以确保每个相同模块的元器件布局和走线方式保持一致,减少因手动布局导致的个体差异,提高整体设计的一致性与协调性。

● 减少人为错误:自动化的布局布线复制减少了设计师在手动布局布线过程中可能出现的错误,如元件错位、走线错误等,提高设计的准确性。

3. 简化维护工作

● 模块化修改:一旦设计需要修改,采用多通道布局布线的设计可以使得修改工作在一个模块上完成,然后快速应用到所有相同模块上,大大简化了后期的维护和修改工作。

● 方便调试检修:当设备需要检修或替换时,一致性的模块化设计使得找到问题和替换部件变得更加容易,提高了维修效率。

4. 节省板材空间

● 优化布局:使用布局布线复制功能可以有效地规划PCB的空间布局,通过对相同模块进行统一规划,能够更好地利用板材空间,尤其是在处理高密度、小型化设计时尤为重要。

● 提高空间利用率:多通道设计允许设计师在有限的PCB空间内,通过合理的布局优化,放入更多的电路功能模块,提高PCB的空间利用率。

5. 提升整体美观度

● 统一的视觉效果:一致的布局布线使得PCB整体看起来更为整洁有序,提升了产品的外观质感,对于商业化产品来说尤其重要。

● 强化视觉效果:通过布局布线复制实现的整齐划一的电路模块布局,能够在视觉上给人以美感,提升用户对产品的整体印象。

AD的三种PCB布局布线复制方法各自对应不同的原理图结构,合理有效地使用布局布线复制功能,可以快速实现多模块电路的设计,大大提高工程师的设计效率。


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