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4.1 电路设计常用软件介绍

“工欲善其事,必先利其器”,选择实用的工具是高效完成工作的前提。随着电子科技的飞速发展,新型元器件层出不穷,电子电路的功能越来越强大,伴随而来的是电子线路越来越复杂,电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成,依靠计算机进行电路辅助设计变得尤为重要。在众多的电路辅助设计软件中,每一款软件也有各自的特点,利用各自的特点来满足不同情况下的电路设计。智能汽车硬件电路设计主要用到Multisim和AltiumDesigner两款软件。

4.1.1 Multisim软件介绍

Multisim用软件的方法虚拟电子与电工元器件,虚拟电子与电工仪器、仪表,实现了“软件即元器件”“软件即仪器”,是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

Multisim元器件库提供数千种电路元器件供实验选用,同时也可以新建或扩充已有的元器件库,而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到,因此在工程设计中使用也很方便。Multisim的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

Multisim具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。

智能汽车硬件电路设计主要用Multisim软件来对设计的电路进行仿真,以验证其功能是否满足要求,满足要求再利用PCB绘图软件绘制电路PCB,否则就需要继续修改原理图,再仿真,直到仿真结果满足设计要求。

4.1.2 Altium Designer介绍

由于竞赛规则要求自制电路板,不允许买成品,所以必须学会使用PCB绘图软件。AltiumDesigner是Protel软件的升级,其汇集了原理图设计、PCB设计、电路仿真等多项技术,利用AltiumDesigner进行辅助设计是每一个电子专业学生的必备技能之一。

Altium Designer 18工程包含了四类文件,分别是原理图、PCB、原理图库、PCB封装库。在原理图界面可以进行原理图绘制,而原理图的设计又需要有相应的元件,这个元件就在原理图库中进行绘制,当然有些常用的元件也可以使用官方所提供的库。另外的两个文件即是与绘制PCB相关的,如果不需要绘制PCB,在工程里可以不用添加进来。

PCB的设计流程如下:

(1)原理图库的准备

在官方所带的集成库里面,有些元器件可能没有,准备一个在原理图绘制过程中需要用到的元件库是必要的。

(2)原理图绘制

这个过程就是将所设计的电路在原理图文件里面绘制出来,在原理图设计完成后要进行原理图的编译检查,以免给后续的设计带来麻烦。原理图绘制过程中为了避免电路复杂带来的视觉上的干扰,可以使用网络标号的方式,相同的网络标号表示其具有相同的电势或者信号。

(3)PCB封装库的绘制

PCB封装库体现了一个元件的封装和焊盘大小以及形状等信息,需要注意的是绘制封装时焊盘的标号要严格与元件的标号相对应。封装库绘制过程中养成良好的习惯,引脚标号逆时针递增,并且封装要考虑到焊接工艺,比如使用手工焊接是否有足够的焊盘能够被加热。

(4)导入封装

原理图上的每一个元件都有封装,此时需要在原理图中将封装先导入,这一个步骤就是建立元件和封装的对应关系,然后才能进行PCB的导入工作。

(5)板框设计

PCB设计中首先考虑外形尺寸,设计好合适大小、合适形状的PCB板框。当然,板框可以在软件中直接绘制,也可以导入CAD文件,根据需要自己进行选择。

(6)PCB布局

一个良好的布局将给后续的布线省下很大工作量,建议采用先大后小的原则,即先将大器件布局,再放小器件,滤波电容要靠近管脚放置。

(7)规则设置

在布线中有很多的规则限制,包括线宽规则、间距规则、过孔大小等,如图4.1所示。

(8)布线

在设置好规则后就可以进行布线了,可以进行手动布线,也可以进行自动布线。如果线路比较复杂,软件自动布线很难达到要求,需要进行手工调整。

图4.1 规则设置界面

(9)设计规则检查(DRC)

DRC主要检查设计是否满足所设置的规则,一个完整的PCB设计必须经过各项电气规则检查。常见的检查项包括间距、开路以及短路等。如若检查无误,便可将工程或单独的PCB文件发送给制版厂加工。 DKNTrZx68dADeZ8PcK1TxBlH8WnPvU9XBo3FDrNeK26bhHAAVvjoU+S2l5LJK8rr

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