设计变量

Concept image of three variants of a Smart Watch

当产品需要设计并生产为多个不同的variations,且各自具有不同的选项或功能时,通过实现design variants ,即可避免为每种变化创建独立的设计版本。

在实际应用中,设计变体使用相同的基础设计,但 PCB 装配时会安装该变体所指定的一组元件。随后,在生成设计的制造输出(BOM、贴片坐标文件、装配图等)时,可以指定某个变体,从而确定产品的装配方式。

能够为同一基础设计创建variations,为在 Altium Designer 中创建 PCB 工程提供了极大的灵活性。通过使用变体,您可以为电路板设计定义任意数量的变化,其中每个元件均可配置为:

  • 安装在电路板上。
  • 不安装在电路板上。
  • 安装在电路板上,但修改其元件参数,例如元件值。
  • 使用完全不同的元件作为替代器件。

采用上述任意变化类型的设计变体统称为assembly variants,因为它们仅影响装配过程。在这种情况下,所有变体使用相同的裸板。

Altium Designer 还支持更改 PCB 上元件的丝印信息,例如更改元件的注释。此类变化需要制作两套丝印网版,因此会制造出两种不同的裸板。这种变体称为fabrication variant。

在 Altium Designer 中,可通过 Variant Management 对话框或基于文档的 Variant Manager 界面来管理、创建和编辑设计变体。使用主菜单中的 Project » Variants 命令,或 Projects 面板中工程条目右键菜单中的 Variants 命令即可访问。有关详细信息,请参阅以下页面:

逻辑元件与物理元件

了解 Altium Designer 中本质上存在两类元件——逻辑元件和物理元件——有助于理解变体。两者的区别在于,放置在原理图图纸上的元件是逻辑元件,每个逻辑元件都是一个概念实体,代表最终安装在已装配 PCB 上的物理元件。

虽然这种逻辑元件与物理元件一一对应的模型非常适合简单设计,但它无法支持 Altium Designer 的某些更强大的功能。例如,在多通道设计中,某个电路部分会根据需要被重复实例化多次;而在变体中,同一设计的各个电路板变体可以安装不同的元件。此类功能要求one逻辑元件能够代表multiple物理元件。

Altium Designer 通过其编译器技术实现这种一对多的能力。编译逻辑设计时(此过程自动进行),每个物理元件都会在内存中实例化,以便传输到电路板设计空间。

为了满足在原理图层面访问物理元件的需求(例如定义设计变体时),原理图编辑器还通过原理图图纸底部的选项卡提供物理设计视图。其中,最左侧的 Editor 选项卡用于选择正常绘制的逻辑设计,其他“已编译”选项卡则表示将传输到 PCB 设计空间的对应物理设计。请注意,已编译选项卡中的原理图是只读的。

有关在设计中使用设计变体的更多信息,请参阅 在设计中使用变体 页面。

图中显示的是原理图编辑器的物理原理图设计视图。双击 Projects 面板中的变体条目,即可选择所需的工程变体。图中显示的是原理图编辑器的物理原理图设计视图。双击 Projects 面板中的变体条目,即可选择所需的工程变体。

要查看设计变体,请双击 Projects 面板中所需的变体,然后切换到原理图的已编译(物理设计)选项卡。已编译选项卡会在设计空间顶部显示不同的活动栏,其中包含变体专用按钮。只有在 Projects 面板中选中变体后,这些按钮才可用。

系统会记住关闭工程前最后设置的变体,并在重新打开工程时显示该变体。

请注意,切换到已编译选项卡时,可用的菜单项会发生变化,以反映查看物理设计时可执行的命令。单击原理图图纸底部的逻辑设计选项卡(Editor),即可返回标准编辑菜单。

变化类型

顾名思义,变体功能可基于原始或“基础”PCB 设计创建不同的变化形式。建立基础设计后,即可在 Variant Manager 中将电路板元件配置为安装、安装但参数不同、不安装或使用替代器件,从而建立变体。

安装

安装是元件在应用任何变化之前的默认状态;如果元件处于安装状态,则表示该元件未发生变化。在 Variant Management 对话框(见下文)中创建新变体时,所有元件均默认为安装状态,该状态以空白单元格表示。

安装但参数不同

在定义变体时,可以更改元件的任意参数。修改参数值属于局部变化,仅影响输出文档。原始原理图以及参数发生变化的元件本身均不会被修改。在下图中,C8 的 Value 参数发生了变化,设计空间中用于显示其数值字符串的斜体字体表明了这一变化。

不安装

当元件设置为 Not Fitted 时,它仍然存在于原理图上,并会传输到 PCB(以便放置封装),但会从相应的输出文档(例如 BOM)中移除。可以配置不安装元件在文档中的显示方式,例如在原理图和 PCB 图纸输出中以叉号标记,具体请参阅 配置设计文档中变更元件的显示方式。

在所选变体(BGA)中,C6 为安装状态,C5 和 C7 为不安装状态,C8 为安装状态,但其参数值发生了变化。
在所选变体(BGA)中,C6 为安装状态,C5 和 C7 为不安装状态,C8 为安装状态,但其参数值发生了变化。

替代器件

还可以将变体中的元件设置为完全不同的元件,用作替代器件。在原理图编辑器中选中已编译选项卡后,切换变体时会显示相应的替代器件。对于此类变化,替代器件必须具有与基础器件相同的一组原理图引脚,且引脚位置也必须相同。这是确保设计编译后连接关系仍然有效的必要条件。

在下例中,TSOP 变体中的 R3 和 Q1 使用了替代元件。 Q1 在 BGA 变体中为 NPN 晶体管,在 TSOP 变体中为 JFET。请注意,两种情况下使用的引脚相同。

Javascript ID: Variation_AlternatePart_AD18_x

在 PCB 上处理替代元件有两种方式。

  • If the footprint is the same – 如果所选替代元件的封装名称与基础元件相同,则只会将一个封装实例传送到 PCB。由于一个元件可以分配多个封装,因此请确保在 Variant Management 对话框中为每个变体选择正确的封装。

  • If the footprint changes – 如果所选替代元件的封装名称与基础元件不同,则两个封装都会传送到 PCB。随后,您必须决定如何在 PCB 上放置这两个封装。请注意,两个封装的位号相同,因为实际装配时只会安装其中一个元件。下面的动画演示了一个变体使用 BGA SRAM、另一个变体使用 TSOP SRAM 时的处理方式。

在特定变体的设置中,对于已选择替代元件的元件,您可以选择使用未变更的符号和/或封装。

更改元件类型

选择替代元件时,并不限于同一类型的元件。例如,基础元件可以是电阻,而替代元件可以定义为电容。务必注意此类替代元件带来的影响:

  • Designator – 每个逻辑上的基础元件只有一个位号,所有变体都使用该位号。例如,如果将电阻替换为电容,可以考虑使用特殊的位号前缀来表明这一点,例如 R_C 或 R-C。

  • Pins – 替代元件的引脚数量必须与基础元件相同,且这些引脚的位置和电气类型也必须相同。如果不满足这些条件,将会显示警告。

多通道设计

Main article: 多图纸与多通道设计

多通道设计允许您指定一张原理图图纸或一组树状层级的图纸进行重复使用,从而将设计中的某个部分复制多次。无需手动复制和粘贴,因为软件会管理这一复制过程,而您只需定义用于标识重复元件的标注方式。

在 Altium Designer 的多通道设计中,可以针对选定的变体,将基础元件替换为完全不同的元件。

在动画中,BGA 变体安装了两个 SRAM,而 TSOP 变体安装了四个 SRAM。这是通过在 BGA 变体中不安装两个存储器通道中的一个来实现的。 在动画中,BGA 变体安装了两个 SRAM,而 TSOP 变体安装了四个 SRAM。这是通过在 BGA 变体中不安装两个存储器通道中的一个来实现的。

就通道而言,变体可以跨 all channels 或在单个 specific channel 内对元件进行变更,包括安装/不安装元件、更改特定元件参数或使用替代元件。

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