多板系统设计

许多产品包含多个相互关联的印制电路板(PCB)。将这些电路板在机壳内组合在一起,并确保它们彼此正确连接,是产品开发流程中极具挑战性的阶段。每个连接器上的网络(Net)是否都已正确分配?连接器的方向是否正确?插件板能否正确装配到一起?所有互连的电路板是否都能装入机壳?在产品开发周期的这一后期阶段出现错误代价高昂——既包括重新设计的成本,也包括上市延期带来的损失。

要管理这些问题,需要一个支持系统级设计的设计环境。理想情况下,这应当是一个设计空间:既能定义功能(或逻辑)系统,也能将各个电路板插接组合并验证它们在逻辑与物理层面都能正确连接。

Altium Designer 通过提供多板设计功能,将系统级设计引入电子产品开发流程。

当你以仅查看(View only)模式访问多板项目时,不允许/无法对项目及其文档进行任何更新。当以仅查看模式打开多板项目或其文档时,Projects 面板或相应文档的设计空间将显示 View Only ()。请注意,虽然在仅查看模式下无法修改任何内容,但你可以生成输出,例如源文档的 PDF,以及从关联的 OutJobs 中定义的输出。

System.ViewOnlyMode.Support 选项在 Advanced Settings dialog 中启用时,多板项目的仅查看模式可用。

多板设计项目的结构

高级电子产品设计通常由多个相互连接的 PCB 设计组成,以构建完整且可工作的系统。从包含主板与前面板 LCD 模块的设计,到带插件卡的复杂有源背板系统,都是以多板设计系统的形式实现的。

这需要一个高层级的设计系统,使多个“子”PCB 设计能够在电气与物理层面连接在一起,同时保持其引脚与网络连通性的完整性。Altium Designer 以专用的 Multi-board Design 环境形式支持集成式系统级设计,该环境同时涵盖系统设计的逻辑(原理图)与物理(PCB)方面。

在 Altium Designer 中,系统级多板设计由专用的多板项目类型(*.PrjMbd)承载,并由其组成的、基于原理图的逻辑设计文档(*.MbsDoc)以及基于 PCB 的物理文档(*.MbaDoc)构成。这些文档类型会将现有 PCB 项目设计引入多板设计环境,在其中将它们互连、编辑并作为完整系统进行检查。

新建多板设计项目的方式与新建 PCB 或线束设计项目相同。从主菜单选择 File » New » Project 命令以打开 Create Project 对话框。在 Multiboard 列表中选择 <Empty> 条目或可用的项目模板。

多板设计项目支持以下文档:

  • 多板原理图*.MbsDoc)——放置并连接表示子 PCB 项目的图形块(模块),以创建逻辑系统设计。

  • 多板装配*.MbaDoc)——该文档是多板原理图文档中逻辑系统设计的物理对应物,并由从多板项目导入的 PCB 数据填充。多板原理图中模块所引用的 PCB 会加载到多板装配文档中,你可以在其中定位每块电路板(如有需要,也可包含机壳)。

  • ActiveBOM*.BomDoc)——包含子 PCB 项目中所用元器件的 BOM 列表。

  • Draftsman 文档 (*.MbDwf)——导入并标注多板装配的视图,并添加制造该设计所需的任何附加信息。

  • 输出作业文件*.OutJob)——可使用输出作业文件预先配置将多板设计作为整体系统进行生产所需的一组输出。每个输出都配置有各自的设置与输出格式,例如输出到文件或打印机。为多板设计项目配置好的同一输出作业文件还可在不同设计之间复用,从而节省为每个新设计准备输出的时间与精力。

    虽然输出作业文件有助于简化输出的准备与生成,但也可以直接从项目文档生成多板设计输出(例如,对多板装配文档使用 File » Export 命令,或对 ActiveBOM 文档使用 Reports » Bill of Materials 命令)。

多板设计项目还可以包含一个线束设计项目,用于在多板设计项目中表示线束连接定义。请参阅 Harness Design 页面,了解有关将线束设计项目添加到多板项目的更多信息。如果你想通过观看来学习,请查看 Altium Academy 中的 Harness Design video playlist

  • Altium Designer 的示例项目集合中包含一个多板设计项目示例(默认位于 MiniPC.PrjMbd 中的 C:\Users\Public\Documents\Altium\AD<version>\Examples\Mini PC 文件夹内),因此你可以开箱即用地对多板设计进行试用。此外,如果你正在享受 Workspace 带来的优势,那么在连接到该 Workspace 时也会提供一个多板项目示例(前提是在激活/安装 Workspace 时选择包含示例数据)。

  • 多板项目及其关联的子项目可以保存到已连接的 Workspace 中,从而受益于 Altium 365 WorkspaceEnterprise Server Workspace 提供的版本控制、共享与管理能力。有关在 Altium 365 Workspace 中存储和共享多板项目的信息,请参阅 Sharing a Multi-board Project

捕获逻辑系统设计

要开始为多板设计绘制原理图,请向多板项目添加一个新的多板原理图文档。操作方法:在 Projects 面板中右键单击项目条目,然后从上下文菜单中选择 Add New to Project » Multi-board Schematic 命令。默认的多板原理图文档将出现在设计空间中。

新创建的多板原理图文档将成为设计空间中的活动文档。
新创建的多板原理图文档将成为设计空间中的活动文档。

当设计空间中未选中任何对象时,可在 Properties 面板中配置多板原理图文档的选项。主要选项在该面板的 General 选项卡中配置:

  • 单位(General 区域)– 为文档选择首选的度量单位(mmmils)。
  • 网格与捕捉设置(General 区域)– 设置所需数值,以便更轻松地导航与放置对象。
  • 页面选项(Page Options 区域)– 配置文档的 Formatting and Size 以及 Margins and Zones。你可以选择可用的 Template,选择 Standard 图纸尺寸,或定义 Custom 自定义尺寸。

在 Properties 面板中配置多板原理图文档的选项。
Properties 面板中配置多板原理图文档的选项。

了解更多:Setting Up the Multi-board Schematic Document

要在多板原理图上表示子 PCB 项目设计,请使用主菜单中的 Place » Module 命令放置一个模块。在所选模块的 Properties 面板中,定义其 DesignatorTitle,并指定该模块所链接的源 PCB 项目。使用与 Source 字段关联的 按钮来指定本地项目或 Workspace 项目,并使用 Assembly/Board 下拉列表选择该项目中的目标 PCB。

在 Properties 面板中配置模块的源及其他属性。
Properties 面板中配置模块的源及其他属性。

了解更多:Modules

使用主菜单中的 Design » Import From Child Projects 命令,从已放置模块所引用的项目中导入设计数据。将打开 Engineering Change Order 对话框,显示为使多板原理图中的连通性数据与子项目同步所需的更改列表(Engineering Change Order – ECO)。

  • 默认情况下,执行 ECO 时会启用所有修改以纳入执行范围。你可以根据需要启用/禁用各修改条目。

  • 单击 按钮,对已启用并将纳入 ECO 的修改运行验证检查。验证结果将显示在对话框 Status 区域的 Check 列中。

  • 当你对将要执行的更改满意后,单击 按钮执行 ECO,并应用其中包含的有效更改。执行结果将显示在对话框 Status 区域的 Done 列中。

执行 ECO 时,会在相应模块中为每个连接器创建一个模块条目。如果子 PCB 项目中的某个元件具有名为 System 的参数,且该参数值为 Connector,则该元件会被视为多板设计中的连接器。

了解更多:System Design Updates

要表示子项目之间的连通性,可在多板原理图上使用不同类型的连接将各模块相互连接。从 Place 主菜单中选择 Direct ConnectionCableHarness 命令,然后在模块条目的热点之间拖动连接线。

使用 Place 主菜单中的命令放置连接。
使用 Place 主菜单中的命令放置连接。

通过在两个模块条目之间放置两条直接连接,两个模块已完成连接。
通过在两个模块条目之间放置两条直接连接,两个模块已完成连接。

选择一条连接线,可在 Properties 面板中显示并编辑该连接的相关选项。

了解更多:Connection Types

要验证多板设计,请从主菜单中选择 Design » Run ERC 命令。系统将根据在 Project Options 对话框的 Error Reporting 选项卡中配置的设置对设计进行检查;该对话框可通过在 Projects 面板中右键单击项目条目并选择 Project Options 来打开。检测到的违规项将列在 Messages 面板中。

请注意,只有在至少存在一个 ErrorFatal Error 违规时,Messages 面板才会自动打开。要检查 Warning,请手动打开该面板(单击设计空间右下角的 按钮,然后选择 Messages)。

  • 使用 Connection Manager 对话框(Design » Connection Manager)来查看多板设计中的整体连通性,并解决检测到的连通性问题。

  • 使用主菜单中的 Design » Import From Child Projects 命令,将子 PCB 设计中所做的更改带入多板设计。

了解更多:Capturing the Logical System Design

创建物理多板装配

在多板原理图中定义系统的逻辑结构后,接下来通过在多板装配中定位各电路板来创建物理多板设计。

要向多板设计添加新的多板装配文档,请在 Projects 面板中右键单击项目条目,然后从上下文菜单中选择 Add New to Project » Multi-board Assembly 命令。默认的多板装配文档将出现在设计空间中。

新创建的多板装配文档将成为设计空间中的活动文档。
新创建的多板装配文档将成为设计空间中的活动文档。

要将多板原理图中每个模块所引用的 PCB 加载到多板装配中,请使用多板原理图编辑器主菜单中的 Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc 命令(或在多板装配编辑器中使用 Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd 命令)。将打开 Engineering Change Order 对话框,显示将 PCB 添加到装配所需的更改列表。单击 按钮,对已启用并将纳入 ECO 的修改运行验证检查,然后单击 按钮执行 ECO 并应用其中包含的有效更改。

单击 按钮后,PCB 将加载到多板装配编辑器中,并且可以关闭 Engineering Change Order 对话框。

从多板原理图更新后的多板装配。
从多板原理图更新后的多板装配。

使用以下快捷方式在多板装配中导航:

  • Ctrl+Mouse Wheel – 放大与缩小

  • Right-Click, Hold&Drag – 平移

  • Shift + Right-Click, Hold&Drag – 旋转

你也可以使用设计空间左下角的操纵器(gizmo),通过单击其箭头与平面,使视图沿主轴方向对齐。

要在装配中定位并定向某块 PCB,选中它,然后使用出现的对象操纵器(gizmo)的箭头与圆弧,沿相应方向移动并旋转该 PCB。

要将两块 PCB 作为单个对象进行操作,你可以在它们各自表面上选定的点创建一个配合(mate)。要对两块 PCB 进行配合:

  1. 从主菜单中选择 Tools » Mating 命令。
  2. 将光标悬停在目标 PCB 的平面或圆柱面上,并在其上选择一个点以定义第一个配合位置。
  3. 将光标悬停在源 PCB 的平面或圆柱面上,并在其上选择一个点以定义第二个配合位置。源 PCB 将移动,使源位置与目标位置配合(重合),同时它们的表面平面与垂直轴对齐。
  4. 使用 Properties 面板或面板中列出的快捷方式来调整配合设置。

可将 STEP 模型加载到多板装配中,例如用外壳/机箱或其他机械部件来完善装配。使用主菜单中的 Design » Insert STEP Part 命令来添加 STEP 模型。

Javascript ID: MBA_STEP

要检查多板装配中的碰撞(两个对象的表面接触或相交的情况),请选择主菜单中的 Tools » Check Collisions 命令。任何碰撞都会通过 Messages 面板报告,并在设计空间中高亮显示。请注意,已配合的表面不视为发生碰撞。

Multiboard Assembly 面板以树状视图呈现装配结构,包含装配中的所有 PCB,以及所有已创建的配合与已添加的 STEP 模型。使用树结构及条目右键菜单命令来浏览并管理多板装配。

了解更多关于 创建物理多板装配

创建制造图纸

多板装配完成后,可以创建并标注制造图纸。多板设计的制造图纸将在 Draftsman 编辑器中创建。

要向多板设计添加新的多板装配文档,请在 Projects 面板中右键单击项目条目,并从上下文菜单中选择 Add New to Project » Draftsman Document 命令。将打开 New Document 对话框,你可以在其中选择预定义的文档模板,或选择 [Default] 选项以创建空白 A4 文档。单击 OK 后,一个新的 Draftsman 文档将出现在设计空间中。

新创建的 Draftsman 文档将成为设计空间中的活动文档。
新创建的 Draftsman 文档将成为设计空间中的活动文档。

  • Draftsman 文档的选项(例如 Sheet Size)会在设计空间未选中任何对象时,通过 Properties 面板进行配置。

  • Draftsman 直接从多板装配文档中提取设计数据。当多板装配数据发生变化时,你可以通过选择主菜单中的 Tools » Import Changes From <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc 命令来刷新 Draftsman 中的数据。

在多板设计项目的制造图纸中,可用以下视图:

  • 多板视图 – 由构成多板装配的 PCB 外形与 3D 模型自动合成的图形。

  • 剖视图 – 从已放置的多板视图中,通过指定“切割”点得到的轮廓切片/剖面图。

  • 板细节视图 – 对多板视图中定义区域的浮动放大视图。

  • 板真实视图 – 当前多板装配的可缩放 3D 渲染图。

要放置绘图视图,请从 Draftsman 编辑器的 Place 菜单中选择所需视图类型的命令:Multiboard View 或从 Additional View 菜单中选择命令。

使用 Place 主菜单中的命令来放置绘图视图。
使用 Place 主菜单中的命令来放置绘图视图。

  • 选择 Multiboard ViewBoard Realistic View 命令后,你将进入放置模式(以十字光标和光标下的视图指示)。在设计空间中单击以放置该视图。
  • 选择 Section View 或 Board Detail View 命令后,分别在已放置的多板视图上定义切割线的位置或细节视图区域的位置。

放置绘图视图后,当在设计空间中选中该视图时,可在 Properties 面板中配置其属性。

一个包含若干已放置视图的 Draftsman 文档图纸:两个多板视图、一个剖视图、一个板细节视图,以及一个板真实视图。
一个包含若干已放置视图的 Draftsman 文档图纸:两个多板视图、一个剖视图、一个板细节视图,以及一个板真实视图。

为在图纸中添加重要细节,Draftsman 提供了额外的标注、尺寸标注和表格工具:

  • 为指示对象外形的长度、尺寸与角度,或对象之间的距离,可在板视图上放置尺寸图形。使用 Place 主菜单中的尺寸放置命令组来选择所需的尺寸类型。

  • 为在图纸中添加重要信息,提供了额外的标注工具,例如引出标注、表面粗糙度/表面处理指示符以及自动注释列表。使用主菜单中的 Place » Annotation 菜单命令来选择所需的标注工具。

  • 要将物料清单(BOM)数据添加到制造图纸中,可以放置物料清单表(Place » Bill Of Materials)。该表将从添加到多板设计项目中的 ActiveBOM document 获取并反映数据。此外,还提供可填入自定义数据的通用表格(Place » Table)。

  • 要在绘图文档中放置基本的自由形式绘图元素,也提供了一系列图形元素工具。使用 Place 主菜单中的图形对象放置命令组来选择所需的对象类型。

了解更多关于 创建制造图纸

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