北京航天發(fā)射技術研究所 楊 鋒 李 木 李 信 付進軍

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基于Altium Designer的模塊電源標準化設計工具的建設及應用

北京航天發(fā)射技術研究所 楊 鋒 李 木 李 信 付進軍

【摘要】根據(jù)模塊電源設計流程，基于Altium Designer工具開發(fā)了以參數(shù)驅動的方式實現(xiàn)產(chǎn)品流程化設計的標準化設計系統(tǒng)；將產(chǎn)品設計流程固化在系統(tǒng)中，提升產(chǎn)品設計規(guī)范性；將計算公式、模版及規(guī)范嵌入系統(tǒng)中，實現(xiàn)“隱性知識顯性化、顯性知識信息化”；系統(tǒng)可實現(xiàn)設計文檔的一鍵式輸出，大幅提高了設計效率，并已在型號設計中成功應用。

【關鍵詞】標準化設計；模塊化電源；Altium Designer

1　引言

目前，模塊化電源由于穩(wěn)定性好、可靠性高、維修方便，在型號產(chǎn)品中的應用越來越廣泛。為提高設計效率，適應不同型號需求，有必要建設一個標準化設計工具，將模塊電源的設計流程、模版、典型電路、知識經(jīng)驗、設計規(guī)范進行封裝固化，并以參數(shù)化驅動的方式快速設計出一套符合標準的電源產(chǎn)品電氣圖紙文檔。本文介紹了基于Altium Designer（以下簡稱AD）軟件建設的模塊電源標準化設計工具及應用效果。

2　建設思路

2.1固化設計流程

將傳統(tǒng)模式下模塊電源設計的流程，包括模塊計算、原理圖繪制、接線圖繪制、PCB版繪制、裝配圖繪制、明細表編寫、接線表編寫等步驟通過二次開發(fā)固化在AD工具中，并對設計各環(huán)節(jié)進行規(guī)范與約束，以“設計向導”的方式對設計流程中的各個環(huán)節(jié)進行組裝定義。

2.2參數(shù)化驅動

將設計過程中需要的計算公式和參數(shù)嵌入AD工具中，通過設計的功率、閾值電壓、電流等參數(shù)，計算需要的各功能模塊數(shù)量、路數(shù)，輸出計算報告；以配置方式將公式變量與器件的參數(shù)值進行關聯(lián)，實現(xiàn)參數(shù)化驅動。

2.3知識融入

將模塊電源相關設計規(guī)范、設計標準、經(jīng)驗等知識點梳理總結后，以圖片、文檔等方式嵌入設計流程各環(huán)節(jié)中，進行分類管理，并可推送給用戶，實現(xiàn)“隱性知識顯性化、顯性知識信息化”；新設計人員即繼承產(chǎn)品設計經(jīng)驗，同時確保產(chǎn)品設計的正確高效。

2.4開放可擴展

工具提供開放的標準的接口，即要滿足設計數(shù)據(jù)與PDM系統(tǒng)的集成要求，又要實現(xiàn)與機械CAD設計軟件的匹配要求，以便與機械結構開展協(xié)同設計；集成內(nèi)容主要包括產(chǎn)品BOM結構、數(shù)據(jù)庫參數(shù)信息、產(chǎn)品物資信息、原理圖、印制板、Gerber、裝配圖等，集成數(shù)據(jù)格式包括STEP、IDF、sch、pcb、pdf、lib等。

3　建設方案

3.1工具建設架構

模塊電源標準化設計工具基于AD軟件進行二次開發(fā)和配置實現(xiàn)，以單獨插件進行封裝，不影響軟件原有功能，設計架構如圖1所示，從下向上分為OS及驅動、AD框架及運行環(huán)境、Altium DXP APP Server框架以及應用環(huán)境等四層。

圖1　模塊電源設計架構圖

3.2業(yè)務流程

標準化設計工具根據(jù)接口功率等需求指標計算出所需的模塊型號、數(shù)量；快速調(diào)用典型電路，生成原理圖、接線圖、PCB板圖等二維工程圖；并利用“文檔輸出模塊輸出”模塊完成接線表、總明細、采購清單、計算書等研試文檔。具體流程如圖2所示。

圖2　模塊電源設計流程圖

3.3各模塊建設

3.3.1基礎元器件庫

基礎元器件庫包括實體符號庫與屬性信息庫，實體符號包括原理圖符號、PCB封裝符號、接線圖符號庫、元器件3D模型等，屬性信息庫包括元器件優(yōu)選信息、廠家信息、元器件型號規(guī)格、物料信息、庫存信息、保密等級、質(zhì)量等級等參數(shù)信息；工具預留自定義接口，用戶可以自行添加/擴展。

3.3.2參數(shù)計算模塊

在模塊計算時，通過預先配置的計算公式，輸入電源功率等信息后，可以直接計算出各個模塊所需數(shù)量，并根據(jù)計算結果進行布局；參數(shù)計算模塊為用戶提供了強大的公式編輯界面，實現(xiàn)公式變量與實際原理圖器件的值進行關聯(lián)，通過原理圖中器件的值，計算出當前設計的功率、閾值電壓、電流等參數(shù)，并與設定值進行比較，便于工程師分析設計是否符合要求。

3.3.3工程圖設計模塊

執(zhí)行設計向導完成各模塊設計后，自動生成層次圖總圖，即典型電路模塊組成的層次總圖；在所有路設計完成后，自動生成整個電源層次圖；整個電源層次總圖完成后，自動生成包含所有元器件的總圖，即典型電路組成的總圖；當層次圖進行更新后，電路總圖自動完成對應更新。進行電路總圖創(chuàng)建時自動根據(jù)模塊對電路總圖內(nèi)的所有元器件進行位號更新，以區(qū)分不同模塊內(nèi)的元器件。

3.3.4線束管理模塊

線纜管理模塊實現(xiàn)線纜圖、表同步校驗以及導線表同步輸出，實現(xiàn)了接線圖管理的自動化，可設置為“手動分配線纜”和“自動分配線纜”兩種方式；利用“高亮選中線纜”，“線纜校驗”等功能，可以更快更準確地完成線纜的分配工作，并最終得到準確的導線表。具體操作步驟如下：（1）電路圖生成接線圖后，在“線纜管理”菜單中利用“自動分配線纜”功能進行線纜初步分配；（2）根據(jù)原理圖的網(wǎng)表，使用手動編輯的方法修改線纜或者“指定連接點”的方法自動分配，也可使用“高亮線纜”的方式將需要修改的線纜在接線圖中高亮顯示，并直接在接線圖上編輯；（3）點擊“同步數(shù)據(jù)表到線纜”將當前的數(shù)據(jù)表與接線圖線纜同步；（4）選中某個線纜，點擊“高亮選中線纜”，所有同名的線纜會高亮，雙擊高亮的線纜進行修改，修改完成后將線纜同步到數(shù)據(jù)表；（5）進行“線纜校驗”，檢查分配的線纜是否存在錯誤；（6）輸出“導線表”。

3.3.5文檔輸出模塊

傳統(tǒng)設計采用人工輸出、手動維護的出圖方式，不僅占用工程師大量的時間且輸出格式不準確，輸出的內(nèi)容也極易出錯。標準電氣化平臺開發(fā)了“規(guī)范化出圖”功能，可實現(xiàn)一鍵“智能輸出”所有所需的文檔，保證了文檔輸出的快速性、可靠性。一鍵輸出的圖文檔包括：原理圖、PCB源文件、明細表、元器件列表、采購清單、設計要素匯總表、導線表、PCB走線圖、裝配圖、接線圖以及各類圖紙對應的PDF文件。

3.3.6知識要點管理

通過開發(fā)，系統(tǒng)提供知識錄入界面，包括分類、詳細信息，支持圖片、鏈接等功能；具備知識查詢和展示的功能，包括列表和詳細信息展示；實現(xiàn)知識要點的多個鏈接，以樹形結構的知識要點展示，并將知識要點嵌入到設計流程中，可實時推送給用戶。

4　應用效果

基于Altium Designer的模塊電源標準化設計系統(tǒng)，通過流程向導的方式，集成了成熟的電路模塊，可以使新工程師很快的上手，且獨立地完成模塊電源的設計，顯著提高了工程師的設計效率。接線圖和導線表的關聯(lián)將圖表進行統(tǒng)一，實現(xiàn)了導線表手工操作到全自動化輸出的轉變，節(jié)約了出圖/表的時間，并且保證了出圖/表的質(zhì)量。實現(xiàn)了設計工作流程的規(guī)范化、模塊器件圖紙的標準化、文檔輸出的智能化。

目前，標準化系統(tǒng)集成了200余個標準元器件（包括原理圖，PCB封裝及3D）。統(tǒng)一了23個分立器件及對應接線圖中器件模型。共整合11個標準原理圖模塊及其對應的PCB模塊、接線圖模塊。

5　結論

標準化平臺做為完整的解決方案，從基礎元器件庫、標準化模塊電路管理、設計流程、規(guī)范化出圖等各方面進行綜合統(tǒng)籌。解決了一直困擾工程師的生產(chǎn)資料不統(tǒng)一、設計流程不規(guī)范、出圖工作量大且易出錯等問題，大大提高了設計效率。該平臺在電子/電氣的領域的應用與推廣，無疑對信息化管理以及工程師設計效率的提高，具有較大的幫助。