第2章 电路原理图设计基

电路原理图设计，就是在计算机辅助设计平台上使用Altium Designer 16.0类的软件设计原理图来表达电子电路设计者设计意图的过程。从设计辅助软件的角度来看，设计电路原理图的主要目的，是通过电路原理图这种形式，将设计者构想中的电路的结构模型输入辅助设计系统，使系统能了解设计者设计的电路连接关系，以便辅助设计者实现设计意图，生成能指导电路板生产的文档。

本章主要介绍Altium Designer 16.0原理图设计的一般步骤、图纸设置、画面管理、电路元件的电气连接以及实用工具的使用，中间穿插实例，让读者更容易理解，通过综合设计实例来巩固学习成果。

2.1 电路原理图的设计步骤

电路设计的步骤包括一个电子产品从设计构思、电学设计到物理结构设计的全过程。

2.1.1 印制电路板设计的一般步骤

印制电路板的设计通常有以下几步：设计前的准备、绘制草图、元器件布局、设计布线、制版底图的绘制、加工工艺图及技术要求。

1. 设计前的准备

了解电路工作原理、组成和各功能电路的相互关系及信号流向等内容，了解印制板的工作环境及工作机制(连续工作还是断续工作等)。掌握较高工作电压、较大电流及工作频率等主要电路参数；熟悉主要元器件和部件的型号、外形尺寸、封装，必要时，取得样品或产品样本。确定印制电路板的材料、厚度、形状及尺寸。

2. 绘制草图

草图是绘制制版底图的依据。绘制草图，是根据电路原理图，把焊盘位置、间距、焊盘间的相互连接、印制导线的走向及形状、整图外形尺寸等均按印制电路板的实际尺寸(或按一定比例)绘制出来，作为生产印制电路板的依据。

3. 元器件的布

元器件的布局可以手工进行，也可以利用Altium Designer 16.0等软件自动进行，但布局要求、原则、布放顺序和方法都是一致的。元器件布局要保障电路功能和技术性能指标，且兼顾美观性、排列整齐、疏密得当，满足工艺性、检测、维修等方面的要求。

4. 设计布线

在整个印制电路板的设计中，以布线的设计过程限定较高、技巧最细、工作量较大。印制板设计布线有单面布线、双面布线及多层布线；布线的方式有手动布线、自动布线两种。进入布线阶段时，往往会发现元器件布局方面存在不足，需要调整和改变布局。一般情况下，设计布线和元器件布局要反复几次，才能获得比较满意的效果。

5. 制版底图的绘制

印制电路板设计定稿以后，生产制造前，必须将设计图转换成印制电路板实际尺寸的原版底片。制版底图的绘制有手工绘图和计算机绘图等方法。

6. 加工工艺图及技术要求

设计者将图纸交给制板厂时，需提供附加技术说明，一般通称为技术要求。技术要求必须包括：外形尺寸及误差；板材、板厚；图纸比例；孔径及误差；镀层要求；涂层(包括阻焊层和助焊剂)要求。

2.1.2 Altium Designer 16.0原理图设计的一般步骤

在Altium Designer 16.0中进行原理图设计的具体步骤如图2.1所示。

1. 新建PCB项目及原理图文件

Altium Designer 16.0中的设计是以项目为单位的，通常，一个PCB设计项目中包含原理图文件和PCB文件，在进行原理图设计前，需要创建一个PCB设计项目，然后再在新建的PCB项目中添加空白原理图文档，当打开新建的原理图文档时，系统会自动进入原理图编辑界面。

2. 设置系统参数和工作环境

为适应不同用户的操作习惯，以及不同的项目的原理图格式需求，Altium Designer 16.0允许用户设置原理图编辑界面的工作环境。

3. 布置元件并调整元件属性和布

这一步是原理图设计的关键，用户根据实际电路的需要，选择合适的电子元件，然后载入包含所需元件的集成元件库，从元件库中提取元件，放置到原理图的图纸上，同时，还须设定零件的标识、封装等属性。

4. 原理图布线

原理图布线就是利用Wiring(布线)工具栏中的连线工具，将图纸上的独立元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。

5. 检查、仿真、校对及线路调整

当原理图绘制完成以后，用户还需要利用系统所提供的各种工具对项目进行编译，找出原理图中的错误，进行修改。如有需要，也可以在绘制好的电路图中添加信号，进行软件模拟仿真，检验原理图的功能。

6. 输出报表，保存文件

原理图校对结束后，用户可利用系统提供的各种报表生成服务模块创建各种报表，例如网络列表、元件列表等。为后续的PCB板设计做准备。获得报表输出后，保存原理图文档或打印输出原理图，设计工作结束。

2.2 电路原理图图纸的设置

在原理图的绘制过程中，根据所要设计的电路图的复杂程度，首先应对原理图图纸进行相应的设置。

2.2.1 创建新原理图文件

Altium Designer 16.0允许用户在计算机的任何存储空间中建立和保存文件。但是，为了保障设计工作的顺利进行和便于管理，建议用户在进行电路设计前，先选择合适的路径建立一个属于该项目的文件夹，用于专门存放和管理该项目所有的相关设计文件，养成良好的设计习惯。可以在D盘或者是E盘下面建立一个文件夹Altium。如果要进行一个包括PCB的整体设计，那么，在进行电路原理图设计的时候，还应该在一个PCB项目下面进行。即创建一个新的PCB项目，然后再创建一个新的原理图文件，添加到该项目中。

新建PCB项目及原理图文件的具体步骤如下。

新建项目。启动Altium Designer 16.0，选择菜单栏中的File(文件) → New(新建) → Project(项目)命令，如图2.2所示。此时，弹出New Project(新建项目)对话框，在Project Types(项目类型)中选择PCB Project (PCB项目)，在Project Templates(项目模板)中选择合适的图纸(系统默认为AT short bus(7×4.8 inches))，如图2.3所示，然后单击OK(确定)按钮完成。这时，查看Projects(项目)面板，系统已经自动地创建了一个默认名为PCB-Project_l.PrjPcb的项目，如图2.4所示。

在PCB-Projectl.PrjPCB上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Save Project As(项目另存为)命令，如图2.5所示，将其存为自己喜欢或者与设计有关的名字。

图2.2 图2.3图2.4 图2.5

继续执行右键快捷菜单中的Add New to Project(新增到项目) → Schematic(原理图)命令，如图2.6所示，系统在该PCB项目中添加了一个新的空白原理图文件，默认名为Sheetl.SchDoc，同时打开了原理图的编辑环境，如图2.7所示。

在Sheetl.SchDoc上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Save(保存)命令，将其另存为自己喜欢或者与设计相关的名字，如NewSheet1.SchDoc等，完成后如图2.8所示。

图2.6 图2.7图2.8

2.2.2 图纸操作

在进入电路原理图编辑环境时，Altium Designer 16.0系统会自动地给出默认的图纸相关参数，但是，在大多数情况下，这些默认的参数不一定适合用户的要求，如图纸的尺寸、网格的大小等。用户应根据设计对象的复杂程度来对图纸的相关参数重新进行定义，以达到的设计效果，原理图图纸的设置步骤如下。

单击桌面上的"开始"按钮，在弹出的菜单中选择Altium Designer 16.0，启动 Altium Designer 16.0。

新建PCB项目及原理图文件NewSheet.SchDoc，选择菜单栏中的Design(设计) →Document Options(文档选项)命令，或在编辑窗口中单击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中，选择Options(选项) → Document Options(文档选项)或Document Parameters(文件参数)命令，如图2.9、图2.10所示，则会打开Document Options(文档选项)对话框，如图2.11所示。

图2.9 图2.10图2.11

单击Standard styles(标准样式)栏右边的下拉按钮，在弹出的下拉列表中，可以选择已定义好的标准图纸尺寸，有公制图纸尺寸(A0~A4)、英制图纸尺寸(A~E)、OrCAD标准尺寸(OrCAD A ~ OrCAD E)及其他格式(Letter、Legal、Tabloid)等，如图2.12所示。这里，我们设置为A3。

单击Update From Standard(从标准更新)按钮，如图2.13所示，即可对当前编辑窗口中的图纸尺寸进行更新。

若选中Use Custom style(使用自定义风格)复选框，则自定义功能被激活，在下面的5个文本框中，可以分别输入自定义的图纸尺寸，包括Custom Width(宽度)、Custom Height(高度)、X Region Count(X轴参考坐标分格)、Y Region Count(Y轴参考坐标分格)、Margin Width(边框宽度)。

窗口左侧的Options(选项)区域如图2.14所示。单击Orientation(方向)文本编辑栏右侧的按钮，可设置图纸的放置方向，其中有两种选择，即Landscape(横向)或Portrait(纵向)，如图2.15所示。

单击Tile Block(标题块)右侧的按钮，可对明细表(即标题栏的格式)进行设置，有两种选择，即Standard(标准格式)和ANSI(美国国家标准格式)，如图2.16所示。在Sheet Number Spaces(图纸数量空间)文本框中，还可以对图纸进行编号。

图2.12 图2.13 图2.14

图2.15 图2.16

单击Border Color(板的颜色)或Sheet Color(方块电路颜色)的颜色框，如图2.17所示，则会打开如图2.18所示的Choose Color(选择颜色)对话框。在该对话框中，提供了3种颜色设置方式，即Basic(基本)、Standard(标准)和Custom(自定义)。单击选定的某一颜色，会在New(新建)栏中进行相应的显示，确认后，单击OK(确定)按钮即可完成设置。这里我们采用系统的默认设置即可。

图2.17 图2.18

若选中Show Reference Zones(显示零参数)复选框，则图纸中会显示边框中的参考坐标。

若选中Show Border(显示边界)复选框，则编辑窗口中会显示图纸边框。

若选中Show Template Graphics(显示绘制模板)复选框，则编辑窗口中会显示模板上的图形、文字及专用字符串等。

在Grids(网格)区域中，可对网格进行具体的设置，如图2.19所示。其中，Snap(捕捉)网格值是光标每次移动时的距离大小；Visible(可见)网格值是在图纸上可以看到的网格大小；选中了Enable(启用)复选框，意味着启动了系统自动寻找电气节点的功能，即在绘制连线时，系统会以光标所在位置为中心，以Grid Range(网格范围)文本框中的设置值为半径，自动向四周捕捉电气节点。

单击Grids(网格)区域下面的Change System Font(更改系统字体)按钮，则会打开相应的"字体"对话框，可对原理图中所用的字体进行设置。

参数设置完毕，单击OK(确定)按钮关闭Document Options(文档选项)对话框，设置后的原理图如图2.20所示。

图2.19 图2.20