Técnicas de diseño avanzadas con Altium Designer

En este artículo, aprenderemos cómo usar Altium Designer^® para implementar funcionalidades extras que no están disponibles por defecto. Descubriremos un aspecto poderoso de Altium Designer que, una vez dominado, puede elevar tus habilidades de diseño a un nivel superior. En este artículo, discutiremos cómo implementar un script para realizar la verificación de diseño por ti.

Aprenderemos:

• Cómo crear reglas para verificar algunos requisitos de diseño.
• Verificar esas reglas usando un script en Altium Designer 19.

Un Problema Típico

Hoy en día, los diseños son muy complejos. En general, los clientes esperan de sus diseñadores de PCB que sus placas funcionen a la primera. Para lograr esto, la atención al detalle es crítica.

En este ejemplo, veamos cómo crear un script que se pueda usar en un diseño real. Considera el siguiente problema de diseño:

Necesitamos diseñar una placa de ADC de alta resolución usando un conversor ADC de 16 bits. El conversor ADC tiene una impedancia de entrada de 1 kΩ. “¿Cuál es la máxima impedancia de traza entre el driver y el ADC para lograr un error por debajo de 1 LSB?” “¿Podemos diseñar un Script que nos ayude?”

Figura 1 diseñar una traza de un ADC de alta resolución

Para responder a esta pregunta, necesitamos calcular la resistividad de la traza y verificar si la caída de voltaje en la traza es mayor que 1 LSB.

Para calcular la resistividad de la traza, podemos usar la siguiente fórmula:

Por ejemplo:

Supongamos que nuestra traza tiene las siguientes dimensiones: L = 10 cm, h = 0.035 mm, w = 0.381 mm. Usando la [1], y asumiendo que la temperatura ambiente es de 25 °C, la impedancia de la traza en DC es de 129 mΩ, esto producirá un error de voltaje del 0.013%, muy por encima de 1 LSB (0.0015%) de un ADC de 16 bits. ¡Así que, la traza mencionada nos dará un error de desplazamiento de casi 9 LSB!

¿Es posible pedirle a Altium Designer que haga todas las verificaciones anteriores por nosotros? ¿Posiblemente en tiempo real?

La respuesta es obviamente sí.

Diseñemos un script que nos dé esta información.

Queremos poder hacer clic en una traza, y queremos que Altium Designer haga algunas verificaciones por nosotros como calcular la resistencia de la traza, calcular la caída de voltaje, etc.

Figura 2 ejemplo de información de nuestro script de demostración

Cómo diseñar un script en Altium Designer

Altium Designer acepta scripts en varios idiomas, durante mi carrera he utilizado muchos idiomas, pero uno de los primeros idiomas que usé en mi vida profesional fue Delphi, por lo tanto, decidí escribir este script en Pascal. Sin embargo, puedes usar otros lenguajes de script como Visual Basic si lo prefieres.

Vamos a ver cómo diseñar un script en Altium Designer que resuelva el problema mencionado.

En nuestro script queremos:

1. Cargar nuestra placa de PCB
2. Cargar todo el apilado de capas (para obtener información como el ancho de la traza, altura, etc.)
3. Cargar la traza que el usuario ha seleccionado con el ratón
4. Calcular la resistencia usando la fórmula [1]
5. Mostrar el error de la traza y el error del ADC

Cómo implementar un script en Altium Designer

1.    CARGAR NUESTRA PLACA DE PCB

La primera instrucción que queremos ejecutar es cargar nuestro diseño de PCB y guardarlo en una variable llamada Board. Podemos hacer esto con la siguiente instrucción:

2.    CARGAR EL APILADO DE CAPAS

Una vez cargada la Board, queremos cargar el apilado de capas y guardarlo en una variable llamada Stackup:

3.    CARGAR LA PISTA QUE EL USUARIO HA SELECCIONADO CON EL RATÓN

Ahora podemos usar el método GetObjectAtCursor() para obtener la pista seleccionada y guardarla en una variable llamada Trace.

4.    CALCULAR LA RESISTENCIA DE LA PISTA USANDO LA FÓRMULA [1]

Una vez que el usuario selecciona una pista con el ratón, queremos calcular el ancho, largo y alto de la pista, y guardarlos en 3 variables llamadas TraceThickness, TraceWidth y TraceLength:

Finalmente, podemos calcular la resistencia de la pista Res usando la [1], calcular la caída de voltaje (asumiendo que el ADC tiene un Vref de 1V).

5.    MOSTRAR EL ERROR DE LA PISTA Y EL ERROR DEL ADC

Una vez que todos los cálculos están hechos, podemos mostrarlos en pantalla. Una manera fácil de hacer esto es usando las ventanas de MessageDlg().

OutputString := 'Grosor del trazo = ' + FloatToStrF(GrosorDelTrazo,0,5,4) + ' mm' + #13#10;

OutputString := OutputString + 'Ancho del trazo = ' + FloatToStrF(AnchoDelTrazo,0,5,4) + ' mm' + #13#10;

OutputString := OutputString + 'Longitud del trazo = ' + FloatToStrF(LongitudDelTrazo,0,5,4) + ' mm' + #13#10#13#10#13#10;

OutputString := OutputString + 'Resistencia del trazo = ' + FloatToStrF(Res,0,5,4) + ' mohm' + #13#10;

OutputString := OutputString + 'Caída de voltaje en el trazo = ' + FloatToStrF(CaidaDeVoltaje,0,2,2) + ' %' + #13#10;

OutputString := OutputString + 'LSB del ADC = ' + FloatToStrF(ADCLSB,0,2,2) + ' %';

      MessageDlg(OutputString,mtInformation,4,0);

Cómo ejecutar el script

Para probar el script, desde tu Documento PCB haz clic en Archivo->EjecutarScript…

Luego selecciona tu script:

Ahora deberías ver una cruz grande:

Haz clic en el trazo que quieres analizar.

Ahora deberías ver las ventanas de mensaje con los cálculos:

Es posible extender este script y añadir una comprobación más sofisticada, por ejemplo, para extender las pistas hasta formar un arco y añadir el efecto de la temperatura, etc. Te dejaré esto como un ejercicio.

¿Qué hemos aprendido?

Hemos visto que Altium Designer, una vez dominado, puede ser utilizado para realizar acciones complejas por nosotros. En este ejemplo, hemos visto cómo es posible medir la impedancia de traza de CC con solo un clic y cómo estimar el error de voltaje en un diseño de ADC de alta resolución.

Este script de demostración tiene muchas limitaciones pero puede ser utilizado como base para tus propias extensiones de Altium Designer.

¿Tienes más preguntas? Llama a un experto en Altium o descubre más sobre las mejores características del software de diseño de PCB y el calculador de impedancia de traza en Altium Designer.