第2章
Altium Designer基本设计流程-原理图设计

本章将通过一个简单的设计实例说明在 Altium Designer 17.1 集成开发环境下如何将一个设计思想转换成原理图描述。

通过这个简单设计实例的原理图绘制过程，帮助初学者从整体上把握 Altium Designer 17.1集成开发环境原理图编辑器的基本设计功能，以便为读者深入学习Altium Designer 17.1集成开发环境打下坚实的基础。

2.1 设计思路

一个BJT镜像电流源电路的结构，作者在白纸上所绘制出的结构，如图2.1所示。在该结构中，包含两个NPN的晶体管2N3904、两个电阻元件，以及一个用于给电路提供信号的连接器P1。很明显，我们很希望把白纸上绘制出的电路结构通过Altium Designer 17.1软件转换为可以实际存在的印刷电路板。

2.2 创建PCB工程

本节将在Altium Designer 17.1（下面简称AD 17.1）中创建一个PCB工程，主要步骤包括：

（1）打开AD 17.1软件。

（2）在AD主界面主菜单中，选择File-＞New-＞Project…。

（3）出现“New Project”对话框界面。在该界面中，按如下设置参数。

①在“Project Types”（工程类型）标题下面的窗口中，选择“PCB Project”选项。

②在“Project Templates”（工程模板）标题下面的窗口中，选择“＜Default＞”选项。

③在“Name”（名字）标题下面的文本框中，输入“BJT_current_source”，作为该设计的工程名字。

④选中“Create Project Folder”前面的复选框，这样可以为该工程单独创建一个文件夹，该目录的名字就是工程的名字。

注

读者可以根据自己的要求，决定是否创建一个工程文件夹。

⑤单击“Browse Location…”按钮，为该工程指定所要保存的文件夹。在本设计中，将该工程保存在“E：\altium designer 17.1 example”路径下。

注

读者可以根据自己的要求，确定保存设计工程的文件夹路径。

（4）单击“OK”按钮。

注

在 AD 软件中，一个 PCB 工程（后缀名为 PrjPcb）是一系列的用于指定和制造印刷电路板的设计文件（文档）。工程名字，如 BJT_current_source.PrjPcb是一个ASCII文件。在该文件中列出了工程中的文档，以及工程级的设置，如设计规则检查、工程的个人偏好设置，以及工程输出，如打印和CAM设置。

2.3 在工程中添加一个原理图

本节介绍在工程中添加一个原理图设计文件的过程，主要步骤包括：

（1）在“Projects”标题下面的工程管理窗口中找到“BJT_current_source.PrjPcb”，如图2.3所示。

（2）鼠标右键单击“BJT_current_source.PrjPcb”，出现浮动菜单。在浮动菜单中，选择Add New to Project-＞Schematic。

注

读者也可以在AD主界面主菜单中，选择File-＞New-＞Schematic，为当前设计工程添加一个原理图设计文件，读者可以根据自己的习惯，选择其中一种添加原理图文件的方法。

（3）当添加完新的原理图设计界面后，在“BJT_current_source.PrjPcb”下面选择新添加默认的原理图文件“Sheet1.SchDoc”，如图2.4所示。

（4）可以看到AD 17.1自动打开该设计文件，并且可以看到主界面的工具栏内出现了很多新的按钮。

（5）读者通过同时按“Ctrl+S”组合键，将新的原理图文件保存在当前设计工程的目录下。

注

在保存设计文件时，可以使用默认的 Sheet1 文件名，也可以重新命名该文件。

2.4 设置文档选项

在原理图中正式绘制电路之前，需要为该文档设置正确的选项，包括图纸的尺寸、捕获和可见栅格等。打开文档设置选项界面的步骤主要包括：

（1）在AD 17.1主界面主菜单中，选择Design-＞Document Options…。

注

读者也可以用鼠标左键双击原理图的边沿区域，打开文档选项设置界面。

（2）出现“Document Options”对话框界面，如图2.5所示。

注

对于环境设置，如光标类型、颜色等，读者可以在“Preferences”界面中配置（可以在主界面主菜中，通过选择 DXP-＞Preferences 打开“Preferences”界面）。

2.5 元件和库

对于PCB上所安装的真实物理元器件而言，在设计捕获阶段使用原理符号表示，在PCB设计阶段使用PCB引脚封装表示。在Altium Designer 17.1中，可以通过：

（1）在本地库中创建元件，以及从本地库中找到并放置元件。

（2）直接从 Altium Content Vault 中放置元器件，它是一个可以全球访问元件的存储系统，包含成千上万的元件，每个元件都有符号、引脚、元件参数和供应商的链接。

在Altium Designer 17.1中，可以使用下面的元件存储选项，如表2.1所示。

注

本书将Content Vault称为数据保险库。

2.5.1 访问元件

Altium Designer 17.1提供了两种访问元件的方法，包括：通过Library面板，访问本地库元件；通过Vault面板，访问数据保险库元件。

AD主界面右下方有一行菜单，鼠标左键单击“System”，出现浮动菜单。在浮动菜单内，单击“Library”，可以访问本地库；单击“Vaults”，可以访问Content Vault，如图2.6所示。

（1）当单击“Libraries”时，出现“Libraries”对话框界面，设计者可以访问本地库元件，如图2.7所示。

（2）当单击“Vaults”时，出现“Vaults”对话框界面，如图2.8所示。

2.5.2 添加元件库

在AD软件中，从可用的库中找到放置基于库的元件，可用的库主要包括：

（1）当前工程的库。如果库是工程的一部分，则在该库中的元件可以自动用于该工程设计中。

（2）安装库。在AD软件中安装这些库，因此可以在任何打开的工程中使用这些库。

在图 2.7 的对话框中，找到并用鼠标左键单击“Libraries”按钮，出现“Available Libraries”对话框界面，如图 2.9 所示。在该界面中，单击“Installed”标签。在该标签界面下，可以看到已经安装的集成库。

注

对于该设计而言，这些库足够，无须额外安装其他库。

2.5.3 在库中找到元件

本设计中需要使用2N3904，本节介绍在已安装库中找到该元件的方法，主要步骤包括：

（1）在图2.7所示的界面中，单击“Search…”按键，出现“Libraries Search”对话框界面。在该界面中，在“Name”所对应的“Value”下面的文本框中输入“2N3904”，表示搜索条件为“Name equals 2N3904”（名字为2N3904）。

（2）选中“Libraries on path”前面的复选框。

（3）单击 按钮。

（4）可以看到在“Libraries”对话框界面中给出了所搜索到的元件结果，包括原理图符号封装，以及PCB引脚封装，如图2.11所示。

2.5.4 在可用的库中定位一个元件

在“Libraries”对话框界面中，通过下拉框菜单，可以看到 AD 17.1 中已经安装的库，如图2.12所示。图中的下拉框中给出了已经安装的一个库“Miscellaneous Devices.IntLib”。在下面的文本框中，输入要查找的元件“*3904”（*为通配符），然后按 Enter 键。在下面的窗口中列出了已经定位元件的信息，包括原理符号、PCB封装、模型等。

2.5.5 使数据保险库可以用于访问元件

Altium 的数据保险库完全独立于 Altium Designer 17.1 集成开发环境。为了访问数据保险库中的元件，读者必须连接它。连接步骤主要包括：

（1）在AD 17.1主界面主菜单中，选择DXP-＞Perferences。

（2）打开“Perferences”对话框界面。

（3）在该界面的左侧窗口中，找到并展开“Data Management”。在展开项中，找到并选择“Vaults*”。

（4）在右侧窗口中，单击“Add Altium Content Vault”按钮。

（5）可以看到在“Vaults”标签窗口下列出了所连接的数据保险库的名字和地址等信息。

（6）单击“OK”按钮。

2.5.6 在数据保险库中查找元件

一旦与Altium数据保险库连接，设计者就可以浏览或者查找元件。查找步骤主要包括：

（1）打开“Vaults”对话框界面，如图2.14所示。

（2）在搜索框中，输入要查找的元件名字。作为实例，在查找框中输入“2n7000*”。

（3）单击 按钮，开始在数据保险库中查找元件信息。

（4）经过一小段时间后，在搜索结果窗口中列出了查找的元件信息。

注

读者可以通过鼠标直接将元件拖曳到原理图设计界面中。

2.5.7 在数据保险库中工作

从图 2.14 可知，数据保险库界面中包含很多部分，读者可以通过鼠标选择这些部分的边界，并按住鼠标左键可以改变每个部分的大小，这样便于读者对每部分进行操作。

读者可以用鼠标右键单击查找元件结果列表窗口，出现浮动菜单，这些菜单给出了对该界面操作的命令选项。

对于选中的元件，读者可以使用预览模式查看它的模型和参数。在图 2.15 所示的界面中，单击“Lifecycle”，出现浮动菜单。在浮动菜单中，选择“Preview”选项。

（1）所有元件以文件夹的形式组织在一起，通过单击文件夹标签符号来显示它们。

（2）在Altium数据保险库中保存了大量的元件，可以更高效地查找这些元件。

（3）选择元件，单击鼠标右键，出现浮动菜单。在浮动菜单中，选择“Navigate To”选项，可以查找该元件所保存的文件夹。

如图2.16所示为预览模式界面。

（4）单击 按钮，可以返回前面的查找结果。

2.6 在原理图放置元件

在本设计中，从Altium数据保险库中找到并将元件放置到原理图设计界面中。在该设计中，使用的元件如表2.2所示。

2.6.1 放置元件的一些小技巧

当拖曳元件时，在元件随光标处于浮动状态时，读者可以：

（1）按空格键，以90°增量逆时针旋转元件。

（2）按X按键，可以将元件沿X轴翻转；按Y按键，可以将元件沿Y轴翻转。

（3）按Tab按键，可以在放置元件以前修改对象的属性，输入的值成为默认值，标识符自动递增。

（4）在放置元件时，如果元件接触到了原理图设计窗口的边界时，软件会自动进行设计页面的移动。

（5）单击鼠标右键，并且拖曳鼠标，可以上下左右移动设计图纸。

（6）按下Ctrl+PgDn按键，可以再次显示整个图纸。

（7）在 Altium 数据保险库中，找到并选中所要使用的元件后，单击鼠标右键，出现浮动菜单。在浮动菜单内，选择Place具体元件名选项，该元件自动添加到原理图设计界面中。

（8）在放置某个器件结束时，按Esc键可以退出元件的放置过程。

思考与练习2.1：请读者根据图2.17，反复练习并熟练掌握在原理图放置元件的过程。

2.6.2 改变元件位置的一些小技巧

本节介绍一些改变元件位置的小技巧，主要包括：

（1）如果在放置完元件后，读者想调整元件在原理图中的位置，可以直接选中该元件，然后按住鼠标左键并移动鼠标，这样就可以将元件拖到一个新的位置。在把元件放到新的位置后，则释放鼠标左键。元件的移动限制在当前的捕获栅格边界，它显示在左下角的状态栏中，如图2.18所示。在任何时候，按下快捷键G，可以修改Grid的设置。

注

用粗略的栅格，如5/10定位元件是非常重要的。

（2）使用键盘上的“箭头”按键，可以重新放置一组所选对象的位置。首先选中一组要移动的对象，按下Ctrl键，以及不同的箭头按键，可以上下左右移动该组选定的对象；同时按下Ctrl键和Shift键，以及不同的箭头按键，可以以10倍当前捕获栅格的距离上下左右移动所选择的一组对象。

（3）当使用鼠标移动一个对象时，可以将栅格暂时设置为1，按住 Ctrl 键可以实现这个目的。当放置文本对象时，可以使用这个特性。

（4）当设计者通过按 G 键周期性地设置栅格（Grid）时，栅格的单位在“Preferences”界面中设置，如图 2.19 所示。在该界面左侧窗口中，找到并展开“Schematic”，在展开窗口中，找到并选中“Default Units”。在右侧窗口中，提供“Imperial Unit System”（英制单位系统）和“Metric Unit System”（公制单位系统）两个选项，默认选择英制系统。如果读者改为公制单位系统，则元件引脚将不再定位在栅格 10 上，由于这个原因，所以推荐使用默认的英制单位系统。

2.7 连接原理图中的元件

连线就是在各个元件之间创建连通性，类似在面包板上的导线作用，用于连通元件的引脚。

2.7.1 连线的一些小技巧

本节提供一些连线的小技巧，用于帮助读者提高连线的效率，包括：

（1）单击鼠标左键或者按Enter键，将连线定位到光标所在的位置。

（2）按Backspace键，删除最后一个定位点。

（3）按空格键，可以切换连线拐角的方向。

（4）同时按下Shift 键和空格键，周期性地改变连线拐角的模式。可用的模式包括90°、45°、任意角度和自动连线（在两个单击的点之间放置一个直角线段）。

（5）单击鼠标右键或者按Esc键，退出布线模式。

（6）按下鼠标左键，并移动鼠标，可以移动一个已经布局的元件。

（7）选中一段连线，然后按住Ctrl键，并且同时按住鼠标左键，可以单独移动该段连线。

（8）当一个连线跨越一个元件的连接点，或者终止于另一个连线时，AD 将自动创建一个节点。

（9）穿越引脚端点的连线将连接那个引脚，即使读者将节点删除。在连线时，要检查连线的过程。

在该设计中，在连接元件时，单击工具栏内的 按钮，即可开始连线过程，连线后的电路如图2.20所示。

思考与练习2.2：根据图2.20给出的电路，读者反复练习连线的过程，以及连线的技巧。

2.7.2 网络和网络标号

图中用于表示不同连接关系的连线构成一个网络，如一个网络包含 Q1 的基极、Q1 的集电极、Q2的基极和电阻R1的一端。对于电路中的每个网络，AD软件为它们自动分配一个系统生成的名字，它们基于网络中的元件引脚。

为了更容易地标识电路中的关键网络，读者可以为其分配特殊的名字。在AD主界面工具栏中，单击 按钮，并将其放置在相应的连线处。在放置过程中，按 Tab 键可以修改网络的名字。对于本设计而言，在电路中放置一个 AGND 的网络名字，用于标识该电路的地节点，如图2.21所示。

2.7.3 网络标号、端口和供电端口

网络标号除了用于给网络命名外，网络标号也用于为同一张图纸内两个独立的点创建连接关系。也就是说，即使两个独立的点之间没有连线，但是只要具有相同的网络标号，它们之间实际上就产生了连接关系。

端口（Port）用于为在不同设计图纸页面内的两个独立节点创建连接关系。也就是说，即使这两个独立的点分别在两张不同的设计图纸内，但是只要具有相同的端口，它们之间实际上就产生了连接关系。

电源端口用于在所有的设计图纸上的点之间创建连通性，对于这个设计而言，可以使用网络标号或者端口。

至此，完成了原理图的绘制。在把原理图转换成 PCB 图之前，还需要做一些额外的工作，包括配置工程选项，以及检查设计错误。

2.8 配置和编译工程

本节介绍在编译工程时涉及的一些问题。

2.8.1 配置工程选项

在编译工程之前，需要配置工程选项。在“Options for PCB Project”对话框界面中，配置了工程指定的设置选项。读者可以通过以下两种方式之一打开该对话框，即

（1）在AD 17.1主界面主菜单中，选择Project-＞Project Options。

（2）在工程管理窗口中，选中当前的工程名，如 BJT_current_source，单击鼠标右键，出现浮动菜单。在浮动菜单内，选择Project Options。

打开的“Options for PCB Project”对话框界面，如图2.22所示。在对工程进行编译时，将使用工程设置选项中所配置的参数。

2.8.2 编译工程

当在AD软件中绘制完原理图，并且已经配置完工程选项后，读者就可以对其进行编译（Compile）。这将为设计产生一个内部的连通性映射，以及所有元件和网络的细节。当对工程编译时，将使用大量的设计和电气规则，以验证设计的正确性。

当解决了所有的错误后，通过产生一系列的工程变化命令（Engineering Change Orders，ECOs），被编译过的原理图设计将准备转换成目标 PCB 文档。这个过程最基本的是一个比较器引擎，用于识别原理图和 PCB 图之间的不同，并且产生 ECO，用于解决这些不同点。使用比较器引擎识别不同点的方法，意味着设计者不仅可以在原理图和 PCB 图之间直接进行工作（没有使用中间网表文件），而且还意味着同样的方法可以在设计过程的任何阶段同步原理图和PCB。比较器引擎也允许读者发现源文件和目标文件之间的不同并且在所有的方向对其进行更新（同步）。图2.22所示的对话框界面也用于配置生成ECO及比较器。

2.9 检查原理图的电气属性

表面上看原理图的绘制过程比较简单，但实际并不简单，因为它包含了电路大量的电气连通性信息。设计者可以使用这些连通性识别信息对设计进行验证。当对工程进行编译时，AD 17.1根据在“Options for Project”对话框内“Error Reporting”和“Connection Matrix”标签内所设置的规则，检查设计中的错误。当对工程进行编译时，对于检测到的任何冲突，AD 17.1都会将其显示在Message面板内。

2.9.1 设置Error Reporting

如图2.22所示，在“Options for Project”对话框界面中“Error Reporting”标签内的界面，用于设置大范围的绘图和元件配置检查。读者通过单击“Report Mode”标题下面一列的设置给出一个冲突的“危急”级别。

如果读者想要改变“危急”级别的设置，则单击当前的“危急”级别图标，出现下拉框选项。在下拉框选项中，提供了“No Report”、“Warning”、“Error”和“Fatal Error”选项，如图2.23所示。

对于该设计而言，需要修改一个检查的“危急”级别。在该设计中，所放置的元件来自Altium数据保险库，保险库元件支持修订版本的概念，即可以对元件进行更新，并且发布一个新的版本。然而，Altium数据保险库内的元件没有被修订，这样在Inapplicable Revision State检查时将导致失败。因此，对于该设计而言，需要将“Component revision has inapplicable Revision State”的“危急”级别设置为No Report，如图2.24所示。

2.9.2 设置连接矩阵

当对设计进行编译后，在存储器内建立了每个网络的一列引脚。每个引脚的类型被检测（如输入、输出、被动等），并且检查每个网络，以查看是否这里存在引脚类型不硬件连接到其他引脚，如一个输出引脚连接到其他输出引脚。在“Options for Project”对话框界面内的“Connection Matrix”标签界面中，读者可以配置引脚类型，以允许它所连接的其他引脚。

如图2.25所示的界面中，往右下侧看，直到找到“Output Pin”。然后，顺着它所对应的一行往左，找到该行所对应的“Open Collector Pin”一列。很明显，这个交叉点上的方块为橘黄色，表示在所设计的原理图中，如果出现输出引脚连接到一个集电极开路的引脚，则在对工程进行编译时，所设计的原理图将产生一个错误条件。

很明显，读者可以单独设置每一个错误的级别，从“No Report”到“Fatal”。通过单击色块可以将错误的级别改为下一级。

对于本设计而言，读者将“Passive Pin”一行和“Unconnected”一列所对应的色块级别改为“Error”。

2.9.3 配置类产生

“Options for PCB Project”对话框界面内的“Class Generation”标签用于配置从设计中产生何种类型的类。“Comparator”标签和“ECO Generation”标签用于控制是否将类传递给PCB。默认情况下，AD 17.1 将为每个原理图设计图纸产生元件类和房间（Room），并且为设计中的每个总线产生网络类。对于本设计而言，比较简单，因此，不需要产生一个元件类或者房间。因此，不选中“Generate Rooms”前面的复选框，这样做将禁止为元件类创建房间，如图2.26所示。

注

该标签界面也包含“User-Define Classes”选项。

2.9.4 设置比较器

“Options for PCB Project”对话框界面中的“Comparator”标签用于设置在对工程编译时，对于文件之间的不同是需要报告还是忽略。通常，只有当为 PCB 增加了额外的细节时，如设计规则，以及不想在设计同步时移除这些设置时，才需要修改设置。如果需要更多的详细控制，设计者则可以通过各自单独的比较设置有选择地控制比较器。

对于该设计而言，只要保证已经选中“Ignore Rules Defined In PCB Only”前面的复选框即可，如图2.27所示。

2.9.5 编译工程检查错误

对工程进行编译，以检查设计文档中的绘制和电气规则错误，在“Message”界面中给出了所有的警告和错误信息。前面已经在“Error Checking”和“Connection Matrix”中设置了规则，现在将使用这些规则对设计进行检查。

读者通过在 AD 17.1 主界面主菜单中选择 Project-＞Compile PCB Project BJT_current_source，对该工程进行编译。由于前面的设计没有任何错误，因此没有出现“Message”对话框界面。如果在对工程编译时发现设计问题，则会自动弹出“Message”对话框界面。

当在“Message”对话框界面中用鼠标双击一个错误信息时：

（1）除了发生错误的对象外，整个原理图其他地方均变灰。原理图灰度由 Dim 级控制。在窗口右下方找到并单击“Mask Level”按钮，出现浮动菜单，调整Dim的滑动条即可调整灰度级。单击“Clear”按钮，可以清除所有的灰度，如图2.28所示。

（2）自动将原理图放大，用于查看出现错误的对象。在“Preferences”对话框界面中，找到并展开“System”，在展开项中找到并选择“Navigation”。在右侧窗口中，用于设置“Zoom Precision”，如图2.29所示。

（3）在“Message”窗口中，单击鼠标右键，出现浮动菜单。在浮动菜单内，选择“Clear All”，可以删除所有的错误信息。

思考与练习 2.3：请读者尝试去掉电路中的某些连接线，然后重新编译工程，弹出“Message”对话框界面，分析警告和错误信息。