从Protel99Se到Altium Designer.pdf

徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 1 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 Altium Designer 快速入门（第二版） 第第 1 章章 从从 Protel 99 SE 到到 Altium Designer 由电子设计发展历程谈起 由电子设计发展历程谈起 电子设计现状 在电子技术发展进入二十一世纪后，由 于单位面积内集成的晶体管数正急剧增加、 芯片尺寸日益变小；同时，低电压、高频 率、易测试、微封装等新设计技术及新工艺 要求的不断出现，另外，IP 核复用的频度需 求也越来越多这就要求设计师不断研究新 的设计工艺、运用新的一体化设计工具 正如微处理器最初只是被开发用于增强 个人计算器产品的运算能力，随后伴随着性 能的增强和价格的下降，微处理的应用扩展 到更广阔的领域，这也就直接引发了后来的 基于微处理器的嵌入式系统取代基于分立式器件通过物理连线组成系统的设计技术变革而这一变革的关 键并不在于微处理器件本身，而是微处理器将系统设计的重心从关注器件间连线转变到“soft”设计领 域基于这一观点，伴随着 FPGA 技术的发展，电子设计中更多的要素将通过“soft”设计实现。

现代电子产品设计流程被简单地分成两个阶段 其一、器件物理连线平台的设计，即 PCB 板级电路设计； 其二、“软”设计，即在器件物理连线平台上编程实现的“智能” 由板级电路设计谈到 Protel 99SE 上世纪九十年代末，基于个人电脑（PC）性能的迅速提升及微软视窗操作系统（Windows）的广 泛使用，Altium 公司（原 Protel 公司）在业界率先提出了贯穿原理图设计-电路仿真-PCB 版图设计-信号完 整性分析-CAM 数据输出板级电路设计完整流程的电子自动化设计（EDA）工具——Protel 99Se 版本 Protel 99Se 以可靠、易用的电路设计风格迅速获得了全球主流电子设计工程师的喜爱，从工业控制到航空 航天，从消费电子到医疗电子等全球不同的电子设计领域和行业都能发现电子设计工程师熟练的应用 Protel 99Se 开发出性能卓越的板级电子设备 Protel 99Se 的主要特点： ? 模块化的原理图设计 ? 强大的原理图编辑功能 ? 完善的库元件编辑和管理功能 ? 32 位高精度版图设计系统 ? 丰富、灵活的版图编辑功能 ? 强大、高效的版图布线功能 ? 完备的设计规则检查（DRC）功能 ? 完整的电路设计仿真功能 ? 快速、可靠的 CAM 制板数据输出 图 1-1 电子系统设计流程 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 2 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 由现代电子产品设计谈到 Altium Designer 纵观电子系统设计的发展，EDA 及软件开发工具成为推动技术发展的关键因素。

与此同时，基于 微处理器的软件设计和面向大规模可编程器件——CPLDs 和 FPGAs 的广泛应用，正在不断加速电子设计 技术从硬件电路向“软”设计过渡Altium 最新版本的一体化电子产品设计解决方案——Altium Designer Release10 将帮助全球主流电子设计工程师全面认识电子自动化设计技术发展的最新趋势和电子产品的更 可靠、更高效、更安全的设计流程 “软软”设计设计 SoPC 系统开发流程系统开发流程 物理板级电路设计、FPGA 片上组合逻辑系统设计和面向软处理器内核的嵌入式软件设计是 “软”设计 SoPC 系统开发的三个基本流程阶段 图 1-2 SoPC 系统开发流程： 以“软”设计为核心的 SoPC 系统具有结构简单、修改方便、通用性强的突出优点Altium Designer 与当前电子设计工具的关键差异就在相对于重新设计或设计实现后软件或固件 设计更容易被移植 - 在硬件平台实现之前，可以开展“soft”设计； - 在硬件设计之后，得以持续“soft”设计； - 在硬件制造之后，得以持续“soft”设计； - 在硬件交付给客户之后，得以持续完善“soft”设计； - 系统调用的设计 IP，更易于保护； - 只需要提供相应的功能，而非设计源代码； - “soft”设计将为通过器件建立设计师与厂商间协作提供标准处理模式； 明确设计要求，确定系统功能与性能指标 系统设计 （核心器件选型，软件/硬件任务分配） 软件的设计与调试 （选择软件开发工具， 确定数学模型，软件的 功能，模块程序的调 试） 硬件设计与调试 （最小物理系统，接口 电路，电源，采集电 路） 系统集成 （软件和硬件连调试） 逻辑电路设计与调试 （FPGA 片上系统，接 口驱动电路，逻辑电路 仿真） 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 3 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 通过提供用于 PCB 版图设计的高级功能和用于 FPGA 片上设计的 IP 内核，Altium 公司力图帮助每位电子产品设计者摆脱繁琐地元器件连线和外围接口部件设计的纠缠； Altium Designer 将为设计创新提供源源不断地支持，使“soft”设计处于系统设计流程 的核心地位。

Protel 99 SE 与与 Altium Designer 上世纪八十年代中叶，诞生了一家专业从事电子设计自动化技术研究和工具开发的公司—— Protel公司推出的首个产品 Protel 帮助当时的电子设计师能利用电子计算机在图形运算和处理特性更高 效地实现电路功能设计；同时，帮助广大的设计者将电子设计过程有机会从价格高昂的工程机向个人电脑 （PC）平台转换，加速了全球范围内电子设计技术的普及作为全球电子设计自动化技术的领导者，公司 从满足主流电子设计工程师研发需求的角度，跟踪最新的电子设计技术发展趋势，不断推陈出新回顾 Altium 产品更新历程，首个运行于微软 Windows 视窗环境的 EDA 工具——Protel3.x，首个板级电路设计 系统——Protel 99Se，首个一体化电子产品设计系统——Altium Designer，都验证了 Altium 一贯为全球 主流电子设计工程师提供最佳的电子自动化设计解决方案的产品研发理念 产品技术的延续性产品技术的延续性 作为 Protel 99Se 产品后续的 EDA 工具升级版本——Altium Designer 继承了 Protel 99Se 软件全 部优异的特性和功能。

Altium Designer 从设计窗口的环境布局到功能切换的快捷组合按键定义均保持了与 Protel 99Se 很多完全一致的元素Altium Designer 中仍然延续了传统的原理图设计模块、电路功能仿真 模块、PCB 版图设计模块、信号完整性分析模块和 CAM 制板数据输出模块；仍然提供与多款第三方工具 软件间良好设计数据的兼容性 产品技术的创新性产品技术的创新性 作为 Altium 公司电子自动化设计技术战略转变的主打产品——全球首个一体化电子产品开发平 台，Altium Designer 从系统设计的角度，将软硬设计流程统一到单一开发平台内，保障了当前或未来一段 时间内电子设计工程师可以轻松地实现设计数据在某一项目设计的各个阶段（板级电路设计-FPGA 组合逻 辑设计-嵌入式软件设计）无障碍地传递，不仅提高了研发效率，缩短产品面市周期；而且增强了产品设计 的可靠性和数据的安全性 所谓一体化设计，Altium Designer 提供了三项主要特性： 电子产品开发全程调用相同的设计程序； 电子产品开发全程采用一个连贯的模型的设计； 电子产品开发全程共用同一元件的相应模型； 统一的设计可以极大地简化电子设计工作，利用新技术（如低成本、大规模可编程逻辑器件）， 整合于企业级产品不同的开发过程，从而使板级设计工程师和嵌入式软件设计工程师在一个统一的设计环 境内共同完成同一个项目的研发。

元器件模型设计 在新一代的 Altium Designer 平台中，软件不仅具备了原有 99 SE 中的原理图器件模型设计、PCB 其间 模型设计，同时采用了全新的 3D 图像引擎构建元器件的实际外形，使得开发人员可以在软件平台下得到 电路的各方面的详细信息；在模型的设计上，新一代的 Altium Designer 具备更加智能化的设计功能，提 高了模型设计的效率和速度，简化了开发人员的设计工作其中在 Altium Designer 中原理图元器件模 型、PCB 元器件模型以及元器件外形 3D 模型，如图 1-3 所示 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 4 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 图 1-3 元器件的各类模型设计 电子设计工程管理 Altium Designer具备了强大的工程项目管理功能，不仅包括文件管理和编辑，同时也将PCB工 程、嵌入式工程、EDA设计工程等集合到了一个平台上，使得项目在开展过程中，各个子工程间的联 系和管理得到了很好的保证图1-4为Altium Designer工程项目结构的示意图，其中本书的第四章节将 会对项目的管理做深入的介绍。

图1-4 Altium Designer工程项目结构的示意图 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 5 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 原理图设计模块 总线线束（总线线束（Harness）设计）设计 Altium Designer 引进一种叫做 Signal Harnesses 的新方法来建立元件之间的连接和降低电路图的复杂 性该方法通过汇集所有信号的逻辑组对电线和总线连接性进行了扩展，大大简化了电气配线路径和电路 图设计的构架，并提高了可读性 开发人员可通过 Signal Harnesses 来创建和操作子电路之间更高抽象级别，用更简单的图展现更复杂 的设计图6中的线束载有多个信号，并可含有总线和电线这些线束经过分组，统称为单一实体这种 多信号连接即称为 SignalHarness 图1-5 总线约束设计风格 定义原理图装配变量（定义原理图装配变量（Variant Definition）） Altium Designer支持在单个项目中创建多种使你可以处理在同一个设计板上采用不同的器件装配的来 制造不同的产品的设计装配变量通常在PCB 项目中包含多个电路中部分差异元件或是不同的模型的装配 变量。

Altium Designer对定义变量的数量没有任何限制 Altium Designer 变量管理器可以在一个项目中定义多个装配变量，对每个变量按要求设定其输出当 完成设计项目和装配变量的定义，由变量就可以产生装配文件和材料清单 图1-6 装配变量定义 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 6 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 印制版图设计模块 规则驱动的版图设计规则驱动的版图设计 Altium Designer提供了一个基于规则驱动的PCB版图设计环境，允许开发人员自动以多类型的设计规 则来完善PCB设计的完整性其中图1-7是Altium Designer规则驱动的设置界面 图 1-7 PCB 驱动规则的设置 同步同步 PCB 与与 FPGA 设计数据设计数据 在面向PCB与FPGA的工程开发时，Altium Designer不仅提供了工程开发过程中的设计同步和平台环 境的统一，即在统一的软件平台下可以同步的开展PCB和FPGA的设计，同时也提供了PCB设计与FPGA 分配的管脚数据的同步 图1-8 PCB与FPGA设计的集成 徐 向 民 、 李 磊 华 南 理 工 大 学 第 7 页 1 1 / 5 / 2 0 1 0 CAM 格式数据编辑 Altium Designer 的 CAM 编辑器提供了多种功能，它们主要基于 CAM 数据的查看和编辑。

当光 绘文件、钻孔文件输入到编辑器后，CAM 编辑器按照指示决定板层的类型和叠层，并且编辑器可以根 据 CAM 数据提取出 PCB 板子的网络表与 PCB 设计软件导。