“通常來說 KiCad 更建議使用層次化的設(shè)計，因為這樣結(jié)構(gòu)更清晰，也方便設(shè)計復(fù)用。對于簡單的系統(tǒng)，扁平化設(shè)計也很容易實現(xiàn)；但將復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計成扁平化卻并不那么容易。”

什么是扁平化設(shè)計？

在過去，特別是在計算機時代之前，大多數(shù)原理圖都是這樣制作的。

扁平化設(shè)計可以是單頁，也可以是多頁，用于容納你的原理圖。如果有多頁，那么每個頁面都可能包含彼此相關(guān)的內(nèi)容。

對于多頁設(shè)計來說，還必須有一種方法來使這些頁面之間產(chǎn)生聯(lián)系。這種交叉引用在KiCad中被稱為標(biāo)簽（有的EDA稱之為端口）。另一個重要的工具是電源符號（在過去也被稱為電源端口）。典型的如GND、VDD等符號。電源符號在扁平化設(shè)計中是全局的，即所有圖紙有效。

什么是層次化設(shè)計？

層次化設(shè)計是一種完全不同的設(shè)計范式。在某種意義上，它可以與面向?qū)ο蟮?a target="_blank">編程相媲美。它背后的主要想法是引入抽象層。這可以使人們更容易理解復(fù)雜的系統(tǒng)。

層次化的頁面符號不止代表一頁原理圖，而更像是一個有定義接口的對象。

在KiCad中，這種接口通過分層化引腳與層次化標(biāo)簽實現(xiàn)。全局的標(biāo)簽（比如電源符號）一定程度上降低了這種設(shè)計方法的功能。

電源管理系統(tǒng)(BMS)的設(shè)計案例

在此示例中，展示的是一個電池管理系統(tǒng)的測量和平衡電路。該電路有一個用于連接電池組中每個電池的接口，一個專門的芯片，可以測量每個電池的電壓、溫度，并提供一種對單個電池進行放電以實現(xiàn)平衡的方法。它還提供了與外部控制器的接口。

3芯電池的單頁扁平化設(shè)計

即使是這樣簡單的電路，我也需要使用A3大小的圖紙，以便能夠容納所有的東西，同時讓設(shè)計看起來規(guī)劃合理。 請注意，我們?yōu)槊總€電池復(fù)制了設(shè)計的平衡部分。想象一下，如果你后來發(fā)現(xiàn)某些地方不太對，則需要改變每一個重復(fù)的部分。

在扁平化設(shè)計中，使用圖形線和文字可以很好地幫助區(qū)分功能模塊，即對系統(tǒng)做一個抽象的功能分割。

6芯電池的多頁扁平化設(shè)計

在上一節(jié)中，我們發(fā)現(xiàn)一個單一的頁面很快就會變得很有局限性。我們可以增加頁面的大小，但即使這樣也有局限性。這意味著我們可能需要添加額外的原理圖頁面，但這并不是KiCads的強項之一。我們可以在這里使用層次化圖紙和全局標(biāo)簽達到類似的效果。

根頁面是你的設(shè)計的索引頁，它將所有其他頁面實例化。如果你愿意的話，可以在這個根頁面上添加一些文字或圖畫，以明確在圖紙中可以找到什么。

12芯電池的層次化設(shè)計 查看之前的設(shè)計，我們會發(fā)現(xiàn)有很多重復(fù)的內(nèi)容可以放置在單獨的設(shè)計模塊中。這樣做將使我們的原理圖在 KiCad 中更易于閱讀和維護。上圖中黃色部分展示的是這些原理圖頁面符的子圖紙內(nèi)容。對于單頁圖紙來說，內(nèi)容并不多。 在這種情況下，我們可以多次實例化同一張子原理圖。可以通過復(fù)制原理圖頁面符，或者創(chuàng)建一個新的頁面符并指定同樣的子原理圖來實現(xiàn)這一目的。 現(xiàn)在，如果您修改這個子電路圖的一部分，那么變更將傳播到所有其他實例。作為測試，你可以嘗試更改其中一個電阻器的值并檢查它在其他實例中是否發(fā)生變化。實例之間唯一獨立的是位號符。

在層次化設(shè)計的工作流程中，也可以擁有僅實例化一次的圖紙。如下圖所示，主機接口和菊花鏈過濾器表僅實例化一次；而每個電池單元都實例化了6次：

上圖中的層次化設(shè)計可以非常清晰地查看、理解設(shè)計意圖及每個功能模塊的定義。

小結(jié)

本文介紹了扁平化設(shè)計、層次化設(shè)計的概念并給出了3個實例。對于復(fù)雜的設(shè)計，建議使用層次化設(shè)計，因為這樣可以使圖紙更容易被讀懂，也可以讓設(shè)計更清晰，且支持模塊的復(fù)用。

下一章中，我們會繼續(xù)介紹層次化設(shè)計中的一些注意點，以及如何在KiCad中創(chuàng)建層次化設(shè)計。

審核編輯 黃宇