基于Altium Designer的模块电源标准化设计工具的建设及应用

北京航天发射技术研究所 杨 锋 李 木 李 信 付进军



基于Altium Designer的模块电源标准化设计工具的建设及应用

北京航天发射技术研究所 杨 锋 李 木 李 信 付进军

【摘要】根据模块电源设计流程，基于Altium Designer工具开发了以参数驱动的方式实现产品流程化设计的标准化设计系统；将产品设计流程固化在系统中，提升产品设计规范性；将计算公式、模版及规范嵌入系统中，实现“隐性知识显性化、显性知识信息化”；系统可实现设计文档的一键式输出，大幅提高了设计效率，并已在型号设计中成功应用。

【关键词】标准化设计；模块化电源；Altium Designer

1　引言

目前，模块化电源由于稳定性好、可靠性高、维修方便，在型号产品中的应用越来越广泛。为提高设计效率，适应不同型号需求，有必要建设一个标准化设计工具，将模块电源的设计流程、模版、典型电路、知识经验、设计规范进行封装固化，并以参数化驱动的方式快速设计出一套符合标准的电源产品电气图纸文档。本文介绍了基于Altium Designer（以下简称AD）软件建设的模块电源标准化设计工具及应用效果。

2　建设思路

2.1固化设计流程

将传统模式下模块电源设计的流程，包括模块计算、原理图绘制、接线图绘制、PCB版绘制、装配图绘制、明细表编写、接线表编写等步骤通过二次开发固化在AD工具中，并对设计各环节进行规范与约束，以“设计向导”的方式对设计流程中的各个环节进行组装定义。

2.2参数化驱动

将设计过程中需要的计算公式和参数嵌入AD工具中，通过设计的功率、阈值电压、电流等参数，计算需要的各功能模块数量、路数，输出计算报告；以配置方式将公式变量与器件的参数值进行关联，实现参数化驱动。

2.3知识融入

将模块电源相关设计规范、设计标准、经验等知识点梳理总结后，以图片、文档等方式嵌入设计流程各环节中，进行分类管理，并可推送给用户，实现“隐性知识显性化、显性知识信息化”；新设计人员即继承产品设计经验，同时确保产品设计的正确高效。

2.4开放可扩展

工具提供开放的标准的接口，即要满足设计数据与PDM系统的集成要求，又要实现与机械CAD设计软件的匹配要求，以便与机械结构开展协同设计；集成内容主要包括产品BOM结构、数据库参数信息、产品物资信息、原理图、印制板、Gerber、装配图等，集成数据格式包括STEP、IDF、sch、pcb、pdf、lib等。

3　建设方案

3.1工具建设架构

模块电源标准化设计工具基于AD软件进行二次开发和配置实现，以单独插件进行封装，不影响软件原有功能，设计架构如图1所示，从下向上分为OS及驱动、AD框架及运行环境、Altium DXP APP Server框架以及应用环境等四层。

图1　模块电源设计架构图

3.2业务流程

标准化设计工具根据接口功率等需求指标计算出所需的模块型号、数量；快速调用典型电路，生成原理图、接线图、PCB板图等二维工程图；并利用“文档输出模块输出”模块完成接线表、总明细、采购清单、计算书等研试文档。具体流程如图2所示。

图2　模块电源设计流程图

3.3各模块建设

3.3.1基础元器件库

基础元器件库包括实体符号库与属性信息库，实体符号包括原理图符号、PCB封装符号、接线图符号库、元器件3D模型等，属性信息库包括元器件优选信息、厂家信息、元器件型号规格、物料信息、库存信息、保密等级、质量等级等参数信息；工具预留自定义接口，用户可以自行添加/扩展。

3.3.2参数计算模块

在模块计算时，通过预先配置的计算公式，输入电源功率等信息后，可以直接计算出各个模块所需数量，并根据计算结果进行布局；参数计算模块为用户提供了强大的公式编辑界面，实现公式变量与实际原理图器件的值进行关联，通过原理图中器件的值，计算出当前设计的功率、阈值电压、电流等参数，并与设定值进行比较，便于工程师分析设计是否符合要求。

3.3.3工程图设计模块

执行设计向导完成各模块设计后，自动生成层次图总图，即典型电路模块组成的层次总图；在所有路设计完成后，自动生成整个电源层次图；整个电源层次总图完成后，自动生成包含所有元器件的总图，即典型电路组成的总图；当层次图进行更新后，电路总图自动完成对应更新。进行电路总图创建时自动根据模块对电路总图内的所有元器件进行位号更新，以区分不同模块内的元器件。

3.3.4线束管理模块

线缆管理模块实现线缆图、表同步校验以及导线表同步输出，实现了接线图管理的自动化，可设置为“手动分配线缆”和“自动分配线缆”两种方式；利用“高亮选中线缆”，“线缆校验”等功能，可以更快更准确地完成线缆的分配工作，并最终得到准确的导线表。具体操作步骤如下：（1）电路图生成接线图后，在“线缆管理”菜单中利用“自动分配线缆”功能进行线缆初步分配；（2）根据原理图的网表，使用手动编辑的方法修改线缆或者“指定连接点”的方法自动分配，也可使用“高亮线缆”的方式将需要修改的线缆在接线图中高亮显示，并直接在接线图上编辑；（3）点击“同步数据表到线缆”将当前的数据表与接线图线缆同步；（4）选中某个线缆，点击“高亮选中线缆”，所有同名的线缆会高亮，双击高亮的线缆进行修改，修改完成后将线缆同步到数据表；（5）进行“线缆校验”，检查分配的线缆是否存在错误；（6）输出“导线表”。

3.3.5文档输出模块

传统设计采用人工输出、手动维护的出图方式，不仅占用工程师大量的时间且输出格式不准确，输出的内容也极易出错。标准电气化平台开发了“规范化出图”功能，可实现一键“智能输出”所有所需的文档，保证了文档输出的快速性、可靠性。一键输出的图文档包括：原理图、PCB源文件、明细表、元器件列表、采购清单、设计要素汇总表、导线表、PCB走线图、装配图、接线图以及各类图纸对应的PDF文件。

3.3.6知识要点管理

通过开发，系统提供知识录入界面，包括分类、详细信息，支持图片、链接等功能；具备知识查询和展示的功能，包括列表和详细信息展示；实现知识要点的多个链接，以树形结构的知识要点展示，并将知识要点嵌入到设计流程中，可实时推送给用户。

4　应用效果

基于Altium Designer的模块电源标准化设计系统，通过流程向导的方式，集成了成熟的电路模块，可以使新工程师很快的上手，且独立地完成模块电源的设计，显著提高了工程师的设计效率。接线图和导线表的关联将图表进行统一，实现了导线表手工操作到全自动化输出的转变，节约了出图/表的时间，并且保证了出图/表的质量。实现了设计工作流程的规范化、模块器件图纸的标准化、文档输出的智能化。

目前，标准化系统集成了200余个标准元器件（包括原理图，PCB封装及3D）。统一了23个分立器件及对应接线图中器件模型。共整合11个标准原理图模块及其对应的PCB模块、接线图模块。

5　结论

标准化平台做为完整的解决方案，从基础元器件库、标准化模块电路管理、设计流程、规范化出图等各方面进行综合统筹。解决了一直困扰工程师的生产资料不统一、设计流程不规范、出图工作量大且易出错等问题，大大提高了设计效率。该平台在电子/电气的领域的应用与推广，无疑对信息化管理以及工程师设计效率的提高，具有较大的帮助。