浅谈PCB设计复用技巧

    如果项目的设计人员之间缺少有效的交流和沟通，很可能会产生好几个不同版本的设计数据，也可能会出现团队成员之间众多的重复设计。不同设计数据的版本如果不能共用统一的标准和格式，必然会造成成员之间的沟通障碍和管理困难。重复设计和劳动必将拉低整个团队的工作效率。这些问题不能提前预知并采取方法避免的话，到设计后期产生冲突时，往往要付出更多的时间和精力来解决问题。这样整个团队运作在影响效率的同时，还很有可能会影响项目的研发周期和预算。

这时候摆在我们面前的问题是：如何将已经验证为成功的设计成果保存下来，为将来的设计或团队其他成员进行设计复用，而避免重复设计？如何巧妙地进行多路相同电路结构的快速设计？ 如何让团队中的每个成员能够充分地协作，拥有同样的标准和模板来管理数据？如何让团队管理者充分地了解并掌控全局？

设计片段(Snippet)     

       作为一个勤勤恳恳兢兢业业的电子工程师，您的设计生涯中一定已经设计了不少电路。也一定积累了很多经验证下来成功的设计模块。而这些成功的部分设计很有可能在其他类似产品或同系列项目中再次使用。其中包括它的原理图和PCB。有没有一种简单的方法可以保存这些设计部分，并在其他设计中轻易地进行复用，而不用一遍又一遍地进行同样的工作呢？或者同一个团队中其他同事需要用到这部分设计，也不用从头设计，而直接把您保存的设计成果复制粘贴过去呢？

       Altium Designer就提供了这样一种功能，设计片段(Snnipet)。通过设计片段保存在某个文件夹，然后像复制片段一样轻松复制现成的原理图设计和PCB设计片段到自己的项目中来。这种方法的好处，除了能让您轻松地复制现成的设计，还可以对复制过来的设计片段做适合自己的调整和更改。比如对某些布线做些更改，对某几个元器件进行替换等等。

 

       设计片段的复用是Altium Designer这款统一的设计平***有的好处。如果在一个多钟设计软件切换的设计环境中，由于设计数据遵循不同的结构，用简单的片段复制的方法是行不通的。

器件式原理图(Device sheet)

       在模块复用方面，有没有一种方法将我经常用到的电路图作为一个整体，像一个元器件一样到处调用？还可以在不同的项目中被不同的设计师调用？

       莫急莫急，Altium Designer的器件式原理图Device Sheet就是干这个的！软件自带有好多好多成熟的设计模块，这些设计模块原理图都做成Device Sheet像一个元器件一样供您随意调用。如下图所示。这张原理图FLASH_S29GL256N11FFIV10_16Mx16(右上角所示)，被做成了Device Sheet(右上绿色方块图，循环标志表示可复用)。然后这张器件式原理图被多个项目像使用元器件一样调用(放在上一层原理图中，编译即可出现这张Device Sheet的子原理图)。调用这个Device Sheet的两个不同的设计项目分别是NB2DSK.PRJPCB和DaughterBoard.PRJPCB。如此这般，一个团队中不同成员要复用同一张原理图模块就变得非常简单。只需要将其保存成Device Sheet即可随意调用。

       对于器件式原理图，除了软件本身提供的丰富多样的Device Sheet之外，工程师自己也可以将自己得意的作品或将来可能会复用的设计模块，做成器件式原理图。保存在自己指定的位置，方便自己调用，或分享给其他有需要的人。赠人玫瑰，收留余香哦。

多通道设计方法(Multichannel)

      在设计中通常会有需要在不同位置重复使用同一张原理图。例如船舶行业的高压共轨电控喷油系统或电控注油器等，需要对6路喷油系统采取同样的驱动电路（一模一样的电路结构和元器件）来保持驱动一致性。或者某个集中控制单元，对多个控制终端的控制电路完全一模一样。这样的情况下，我们不需要为每一个通道复制粘贴同一张重复的原理图。因为这样的复制粘贴在原理图是比较清楚的，但是到PCB布局布线阶段就是一团乱麻，无法保证每个通道拥有同样的布局结构和布线情况。而这些微小的区别也会影响执行效果或者时序问题。如下图所示，16路一模一样的电路的，导入到PCB中完全打乱的元器件，我怎么一个个地找到它们并放到该放的地方？太麻烦了!

      因此，这种多通道设计(重复使用同样的原理图)必须要保证原理图上清晰可辨，以及PCB上完全一致的布局布线。下面看Alitum Designer是如何应用多通道设计简化工程师的工作量的。

比如下图左这张原理图要重复使用5次，即5个通道。那么首先生成这5个通道的顶层方块图，重复5层叠加。

      从原理图导入数据到PCB。会生成5个Room，将5张原理图的电路框在5个不同的Room里。如下图所示。对其中一个通道进行布局布线。如下图右边，上方的扇形Room，为已经布局布线完毕。

       然后用Copy Room Format的功能将5个Room变成一模一样的布局布线，扇形结构。再将这5个通道的布局布线按照圆形极坐标拼在一起，组成一个圆。如下图所示。这种方式保证了在PCB布局布线阶段极大的方便性，而且不会出错。

各种设计模板保持标准统一性(Template)

原理图模板

      如果一个设计项目的电路图比较复杂比较大，通常不会把所有设计堆放在同一张原理图。会将电路分成若干个子电路模块，每张子电路模块都会标记相应的标题栏，大概的功能等等。一般来说，一个完整漂亮的设计，他人读你的电烙图时，一眼能够从你的图纸标题栏以及相关模块的连接结构来了解其电路的整体基本情况。因此，每一张原理图上的标题栏，作者信息，特别是不同的设计师每人设计一张图纸的时候，其标题栏以及相关说明信息一定要统一标准，不至于各种不同的风格引起混乱。那么原理图模板的设计和应用对于这种大型项目，团队合作的情况下需求尤其明显。

如下图所示，为某船舶研究所设计的原理图模板标题栏。

       因为是军工单位研究所，标题栏在一般的常用信息之外还包含有名称，材料，保密等级等特殊要求信息，以及设计，校对，审核，标检，审定等等层级审批归档手续。最后为了设计的统一性，还分别为不同纸张大小设计同样的标题栏，便于设计数据的管理和归档。如下图所示，为A0到A4各种不同规格纸张的原理图设计模板。

     

       2. PCB设计模板

在PCB设计方面，如果有若干同一系列产品的板子，其尺寸和接口布局以及安装定位孔都已经确定不会更改的情况下，就需要将其做成PCB模板。以后每次进行一个新的设计时，就将原理图直接导入到这个PCB设计模板里面去，节省了大量的板形设计，周边布局设计，以及安装定位部分的设计。直接将精力应用于设计更改本身。大大地节省了无谓的重复劳动，而且不会出错。

如下图所示为Altium Designer示例模板文件PCI short card 5V - 64 BIT.PCBDoc。其中包含有常见的接口元件布局，PCB板形和尺寸标注信息，以及安装定位孔设计等等。

   3. BOM模板

信息化建设成为现代企业快速提升核心竞争力，实现跨越式发展的必由之路。时至今日，企业不再追求单点、局部应用方式的信息化，而越来越看重应用整合、流程优化和信息共享的整体信息化。

在企业中，BOM(物料清单)贯穿于产品概念设计、详细设计、工艺规划、样机试制、加工制造、销售维护直至产品消亡等整个生态过程。随着企业信息化建设的推进，BOM成为企业产品数据管理的核心，是各应用信息系统之间进行数据集成的基础和桥梁。BOM管理成为企业工程信息化和管理信息化的主要内容。

如下图所示的产品生命周期管理中，BOM贯穿整个生命周期的始末。从BOM提供，BOM管理，到BOM使用都离不开。在Altium Designer中，BOM同样贯穿电子产品的概念设计到最终制造销售维修的整个过程。

       Altium Designer提供电路设计BOM，并且可以导入结构step件，在设计途中可以更改并管理BOM。当设计完成之后，进行电子产品加工制造，元件采购，产品装配的时候，分别有工艺BOM，采购BOM，制造和装配BOM信息。在整个产品生命周期中扮演重要的角色。

因此，对于BOM的模板也是非常丰富的。如下图所示为用于BOM Review的模板生成的Excel文件。

       Altium Designer的BOM模板数据来源可以采集全方位的信息，而输出模板也有N多种类型(用于采购，制造，装配，审核等等)。文件格式也丰富多样。

       并且对于每一个BOM模板文件，需要抓取哪些栏目信息，哪些内容，都是可以自行配置和更改的。可以找到源BOM模板文件(在安装目录Template文件夹里)，对抓取数据列进行配置。最终输出你心中所需要的不同用途的BOM信息。