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    Abstraktionsebene Blockschaltbild - Behalten Sie den Überblick

    Sven Ingelfinger
    |  August 13, 2019

    Damit Sie und Ihre Kollegen im Entwicklungs-Team bei komplexeren Projekten immer den Überblick behalten, sollten Sie auf die Verwendung von Blockschaltbildern setzen. Für komplexere Projekte eignen sich Übersichtsschaltbilder bzw. Blockschaltbilder ideal, um anderen, die am Projekt beteiligt sind, eine Übersicht zu bieten. Oft kommt es vor, dass sich neben Ihnen auch weitere Personen oder ganze Abteilungen in Ihr Projekt hineindenken müssen. Zur Unterstützung für diesen teilweise mühseligen Prozess ist es sehr hilfreich, wenn Sie bereits von Beginn an die grobe Funktionalität der Baugruppe dokumentieren. Übergeordnete Blockschaltbilder eignen sich hierzu ideal. Sie können die Funktionen Ihrer Baugruppe in Blöcke einteilen, so dass Sie beispielsweise lediglich die standardisierten Schnittstellen (HDMI, USB, PCI, CAN oder Ethernet), den Hauptprozessor (µC, FPGA, DSP etc.) sowie die Spannungsversorgung (DCDC, LDO’s etc.) Ihrer Baugruppe dokumentieren. Was im Schaltplan oft aus komplex zusammenhängenden Verbindungen besteht, kann im Blockschaltbild vereinfacht dargestellt werden. Mithilfe von Verbindungslinien kann beispielsweise das Interface zwischen USB-Port und Prozessor abgebildet werden. Eine entsprechende Beschriftung der Verbindungslinie macht deutlich, um welche Schnittstelle es sich im Detail handelt. 

    Auf dieser Grundlage können dann Entscheidungen getroffen werden. Kollegen, Kunden oder auch Vorgesetzte haben so die Möglichkeit, Ihr Produkt oder Projekt auf einer abstrahierten Ebene besser zu verstehen. Diskussionen, Abstimmungen und Entscheidungen werden anhand einer Visualisierung einfacher und zielgerichteter. 

    Des Weiteren eignen sich Blockschaltbilder ideal um eine Leistungs- und/oder Kostenabschätzung der Key-Bauelemente für die Elektronik-Baugruppe durchzuführen. 

    Auf einen Blick sind alle Schlüssel-Bauteile ersichtlich und es kann zumindest mal grob abgeschätzt werden ob das Projekt in die richtige Richtung geht.

    Welche Tools eignen sich um Blockschaltbilder für elektronische Schaltpläne zu zeichnen?

    Wie lassen sich diese möglichst einfach und zeitsparend in den Entwicklungsablauf integrieren?

    Was kosten diese Tools und welche Lizenzierungsmodelle gibt es dafür?

    Und welche weiteren Möglichkeiten bietet das E-CAD-System um eine Abstraktionsebene im Schaltplan abzubilden. Ist es gegebenenfalls direkt über den Altium Designer möglich?

    Diese Fragen sind Thema dieses Blogartikels. Außerdem möchte ich Ihnen die folgenden fünf Tools vorstellen, die ich für das Zeichnen eines rudimentären Übersichtsschaltbildes für Sie getestet habe. Im Fokus stand ganz klar die Usability sowie die Integrierbarkeit der Tools. Folgende Programme wurden getestet:

    • Draw.io

    • Microsoft Visio

    • Google Drawings

    • Gliffy

    • Lucidchart

    Draw.io

    Mit Draw.io habe ich in diesem Vergleich einen Vertreter der webbasierten Anwendungen welcher es einem ermöglicht, seine Diagramme entweder lokal oder aber über MS-OneDrive oder Google Drive abzulegen. Ähnlich wie bei den Kontrahenten werden bereits zahlreiche Vorlagen und Templates mitgebracht. Man kann zwischen Netzwerkplänen, Balkendiagrammen oder aber auch Grafik Reviews oder Software-Ablaufplänen auswählen. Im Grunde ganz nett, jedoch für unseren konkreten Anwendungsfall - das Erstellen von Übersichtsschaltbildern, habe ich mich für ein “blank sheet” entschieden.

    Das folgende Beispiel wurde mit Draw.io umgesetzt:

     
     

    Die Blöcke und auch weitere wählbare Formen lassen sich relativ leicht in das Diagramm integrieren. Wenn es um die Verbindungslinien zwischen den Blockelementen geht, bietet Draw IO eine sehr elegante Funktion. Hierbei erscheinen beim hovern über die Blöcke bereits kleine Pfeil-Einblendungen, die jeweils nur angeklickt werden müssen, damit die Verbindung gesetzt werden kann. Ähnliches gilt für die Beschriftung der Pfeile. Sobald ein Pfeil bzw. ein Verbindungselement angewählt ist, kann die Beschriftung durch einfaches Tippen vorgenommen werden. Es muss nicht wie bei vielen anderen Tools üblich, ein separates Textfeld hinzugefügt werden. Der einzigste Nachteil - es ist relativ schwierig, die Verbindungselemente zwischen den Blöcken horizontal oder vertikal auszurichten. Bei Verbindungen möchte das Tool immer auf die Snap-Points verbinden, was dann zu unsauberen schiefen Linien führt. Mit etwas Feingefühl ist eine Umsetzung möglich. Dieses Problem besteht jedoch bei nahezu allen Tools.

    Draw.io kann sein volles potential in Kombination mit Atlassians Confluence oder Jira entfalten. Als App ist es für diese Tools im entsprechende Store kostenlos verfügbar. Erst sobald es als Server Applikation im Unternehmen eingegliedert wird, muss man mit Kosten rechnen. Es gibt relativ günstige Staffelpreise, welche wiederum abhängig von der Useranzahl/ Unternehmensgröße sind. Weitere Details finden Sie hier.

    Das Tool ist jedoch auch als einfache Desktop-Applikation für Mac, Windows und Linux verfügbar. Hier geht´s zum Download der Software.

    Microsoft Visio

    Mit Microsoft Visio erhält man eines der umfangreichsten Tools für die Erstellung von Blockschaltbildern bzw. Übersichtsschaltbildern. Des Weiteren sind Flussdiagramme, Ablaufpläne, Organigramme, ja sogar Grundrisse mit dem Tool möglich. Es handelt sich hierbei um eine kostenpflichtige Softwarelösung, die sowohl in der Einzellizenz als auch zum Subscription Paket erhältlich ist. Detaillierte Information zur preislichen Gestaltung und den Lizenzierungsmöglichkeiten finden Sie hier. Visio fügt sich durch seine MS-Office Benutzeroberfläche nahtlos innerhalb der gewohnten Programme ein. Wem Outlook, PowerPoint, Excel und Word nicht fremd sind, der wird sich auch in Visio im handumdrehen zurechtfinden.

     
     

    Um ein Blockschaltbild für eine komplexe Elektronikbaugruppe umzusetzen, kommt man hier mit den Standardformen des Programms zurecht. Die Funktion für das ergänzen der Verbindungslinien ist ein bisschen gewöhnungsbedürftig bis man ein wenig damit gearbeitet hat. Die Standard-Blöcke, die zur Darstellung der Key-Bauelemente verwendet werden, besitzen an den Außenkanten sogenannte Snap-Points. Hierzu sollte man auch wissen, dass die Möglichkeit besteht, weitere Punkte zur Form zu ergänzen. Im Start-Reiter unter Tools können durch betätigen des blauen Kreuzes Verbindungspunkte zu einem Block Shape hinzugefügt werden.

    Alles in allem hat Visio viele Funktionen, welche teilweise leider sehr versteckt sind. Sobald man jedoch Schaltbilder damit gezeichnet hat, sollte dies kein weiteres Problem darstellen.

    Gliffy

    Gliffy ist ursprünglich als Plugin für Atlassian Confluence und Jira entwickelt worden. Dieses bietet neben der integrierten Lösung nun auch eine direkte webbasierte Online-Umsetzung an. Es gibt eine zeitlich beschränkte Testversion. Diese begrenzt sich mit einem eingeschränkten Funktionsumfang auf einen Zeitraum von 14 Tagen. Die kostenpflichtige Version ist, wie im Atlassian-App-Store üblich, abhängig von den Usern im Unternehmen. Es gibt gewisse Bundle-Größen, bei denen sich die monatlichen Lizenzgebühren unterscheiden.
    Weitere Details zur Preisgestaltung finden Sie hier

    Das Tool beinhaltet bereits mehrere Template-Vorlagen, sodass auf verschiedene Diagramm-Vorlagen zurückgegriffen werden kann. Unter anderem sind Vorlagen für Mindmaps, Venn-Diagramme, Flowcharts oder Netzwerk-Ablaufpläne vorhanden. Oberfläche und Usability sind stark an das Dokumentationstool Atlassian Confluence angelehnt. User, welche bereits mit Confluence arbeiten, fällt die Integration sicherlich leichter.

    Das folgende Beispiel wurde mit Gliffy umgesetzt:

     

    Blöcke können direkt aus der Shape-Auswahl verwendet werden. Für die Beschriftung genügt es, während einer erfolgten Blockselektion loszutippen. Für die Verbindungselemente ist Gliffy eines der wenigen Tools, bei dem man ohne unpassende Snap-Funktion eine einfache gerade Verbindung durchführen kann. An dieser Stelle ist daher der Gebrauch für Blockschaltbilder bzw. Übersichtsschaltbilder ideal. Ein minimales Umdenken ist jedoch bei der Handhabung nötig, da die Usability sehr stark an Confluence angelehnt ist und es somit dem typischen MS-Office User zunächst einmal etwas gewöhnungsbedürftig vorkommt. Was mich selbst nicht von dem Tool überzeugt hat ist die Tatsache, dass es bei größeren komplexeren Schaltbildern gerne mal etwas träger reagiert und mit entsprechenden Lags zu rechnen ist. Daher ist es für mich im Arbeitsalltag eher nicht die erste Wahl.

    Google Drawings

    Google Drawings gehört ebenfalls zu den Vertretern der webbasierten Anwendungen und ist komplett in die bestehende Google Drive Umgebung integriert. Wie bei Google üblich, ist die Software kostenfrei und kann insbesondere über den Chrome-Browser gut verwendet werden. Wer im Unternehmen bereits mit den Google Tools arbeitet, für den hat die Verwendung von Google Drawings durchaus seinen Charme. Übersichtsschaltbilder aber auch alle anderen damit erstellten Diagramme, können nahtlos in die Google Dokumente eingebettet werden.

    Das folgende Beispiel wurde mit Google Drawings umgesetzt:

     

    Google Drawings glänzt mit einer sehr übersichtlich dargestellten Benutzeroberfläche. Hinsichtlich Anordnung und Usability ist es sehr stark an die restlichen Google Tools wie Google Docs und Google Tabellen angelehnt. Blöcke hinzuzufügen geht relativ schnell und intuitiv. Ebenso die Verbindungselemente. Hier kann ausgewählt werden, welche Pfeil-Endungen eingesetzt werden möchten. Für die Beschriftung der einzelnen Pfeile-/ Daten-Busse, müssen Textfelder eingefügt und entsprechend der gewünschten Anordnung verschoben werden.

    Lucidchart

    Lucidchart ist ebenfalls ein Vertreter der browserbasierten Anwendungen für die Erstellung  einer riesigen Diagrammpalette. Von Flussdiagrammen, Organigrammen und Concept-Maps bis hin zu Netzwerk Diagrammen und vereinfachten Schaltplänen ist alles dabei. Wie üblich bei den Online-Anwendungen, muss man sich mit einer E-Mail-Adresse registrieren oder nutzt einfach, wenn vorhanden, den persönlichen Google-Account. Sobald die Registrierung abgeschlossen ist kann man direkt starten. Für die Erstellung von Blockschaltbildern eignen sich die Standard-Formen des Tools ideal. Die Intuitive Handhabung sowie die Integration ist hier bestens umgesetzt. Im Folgenden ein kleiner Auszug wie man schnell und effizient die üblichen Formen miteinander verknüpfen kann.

    Lucidchart bietet außerdem die Möglichkeit kleinere Templates für wiederkehrende Elemente zu erstellen. Die Integration zu den Google-Tools, Microsoft-Anwendungen oder Atlassian wurde auch umgesetzt, so dass hier in Punkto Integrationsmöglichkeit keine Wünsche offen bleiben.

    Alles in allem ein sehr interessantes Tool wenn man bedenkt, dass man mit der Gratisversion als One-Man-Show bereits richtig viel anstellen kann. Für größere Teams und unbegrenzte Dokumenten-Erstellung zahlt man wie mittlerweile üblich, bei Software-Anwendungen monatlich. Der Preis liegt hier bei durchaus erschwinglichen 9,95 € pro Monat. Bei jährlicher Abrechnung wird sogar ein Rabatt gewährt und kommt somit auf umgelegte 8,95 € pro Monat. Für Großunternehmen gibt es eine separate Anfrage-Option.

    Das folgende Diagramm wurde mit Lucidchart erstellt:

     
     

    Welche Möglichkeiten bietet der Altium Designer um ein Blockschaltbild zu realisieren?

    Im Altium Designer selbst können im Schaltplan mit Hilfe der Drawing Tools Zeichnungen umgesetzt werden. Hierzu einfach über die Menüleiste zum Untermenü “Place” navigieren. Unter dem Punkt “Drawing Tools” verbergen sich dann die grundlegenden Zeichenbefehle des Programms. Mit Hilfe von Kreisen, Rechtecken und Linien kann man schon mal relativ viel abbilden. Außerdem können zur besseren Verständlichkeit Text Strings oder Text Frames ergänzt werden. Mit Hilfe des Schematic-Grids lassen sich die Elemente dann auch gut zueinander ausrichten. Man muss jedoch wissen in welcher Reihenfolge die Elemente platziert werden. Aktuell habe ich noch keinen Befehl gefunden, wie ich Blöcke die übereinander liegen, in den Vordergrund oder in den Hintergrund setzen kann. Für die Elemente platzierung sollte man dies wissen. Die Text Strings eignen sich für einzeilige Beschriftungen hervorragend. Sobald man Text hat, der über mehrere Zeilen geht, kann auch ein entsprechendes Text Frame platziert werden. 

     
     

    Mein Fazit

    Für kleinere Projekte können durchaus die Zeichenfunktionen des Altium Designers verwendet werden. Das platzieren von einfachen Linien und Blöcken bringt das Tool bereits mit sich. Es dauert ein bisschen und ist eventuell ein wenig mühseliger als mit einem eigens dafür entwickelten Tool. Es ist jedoch umsetzbar. Wenn man öfter auch komplexere Blockschaltbilder zeichnen muss, kann man sich überlegen, welches der Tools am besten für einen geeignet ist.

    Mein persönlicher Favorit ist Microsoft Office Visio. Es enthält bereits viele Grundformen für das Zeichnen und bietet eine sehr filigrane Möglichkeit, die eigenen Ideen umzusetzen.

    Speziell für den Einsatzzweck der Übersichtsschaltbilder bringt es klassische Pfeil- und Blockelemente bereits mit sich, welche sehr gut miteinander verbunden werden können. Auch nach mehrmaligem hin und her, lassen sich die gruppierbaren Elemente untereinander verschieben und anordnen. Ein weiterer Vorteil der für Visio spricht ist, dass man das jeweilige Dokument im Altium Designer - seinem Managed Project, hinzufügen kann. Es wird einfach mit in das Subversion-Verzeichnis eingecheckt. Somit bleibt es an der Projektstruktur und geht nicht verloren. Ich hatte dieses Problem bereits bei vielen Projekten. Das aktuelle Blockschaltbild war zwar als Bild im Schaltplan eingebunden, die ursprüngliche Datei jedoch unauffindbar im Nirvana der Netzlaufwerke verloren. Dieses Problem ist durch das Anhängen an das Projekt endgültig gelöst. Visio ist auch für alle User interessant, die aus Verschwiegenheitspflichten und Gehimhaltungsveträgen keine Cloud-und webbasierten Anwendungen einsetzen dürfen. Für alle diejenigen für die das nicht gilt, wäre Draw.io oder Lucidchart mein Mittel der Wahl.

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    Sven Ingelfinger arbeitet als Hardware Entwickler bei der Firma IDS - Imaging Development Systems GmbH, einem der Weltmarktführer im Bereich der Industriekamera-Technik.
    Neben der Schaltplan- und Layout Entwicklung, ist er schwerpunktmäßig für alle Themen rund um Altium Nexus zuständig.
    Über die letzten Jahre hat er neben zahlreichen Starr-Flex- und HDI-Projekten, auch die erfolgreiche Migration zum Altium Designer begleitet.
    Darauf aufbauend, wurde im Anschluss die Umstellung auf Altium Nexus durchgeführt.
    Gemäß dem Leitspruch „Praxiswissen von Anwender für Anwender“, arbeitet er außerdem als (Online)-Trainer, Coach und Consultant für Altium Designer, Altium Vault und Altium Nexus.
    Erfahren Sie mehr über Sven Ingelfinger auf: www.sveningelfinger.com

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