Diseño de Ingeniería de Circuitos a Nivel de Sistema Electrónico en Altium Designer

El diseño a nivel de sistema electrónico te permite centrarte en la funcionalidad y la abstracción

La vida cotidiana de un ingeniero de diseño de PCBs se trata de traducir esquemáticos en un PCB real y fabricable. Antes de que esto pueda suceder, los diseños comienzan en un nivel abstracto que se centra en diseñar la funcionalidad. A medida que el proceso de diseño avanza, los requisitos de diseño se hacen más detallados, alcanzando el nivel de procesamiento de señales y, eventualmente, el nivel de componentes. Los diseñadores e ingenieros que están ocupados creando funcionalidades únicas para sus nuevos sistemas necesitan características de diseño que les permitan operar en el nivel de procesamiento de señales construyendo nuevos productos para aplicaciones avanzadas.

¿Por qué comenzar en el Nivel de Sistema?

Las áreas más nuevas de tecnología requieren un procesamiento de señales significativo, y esto necesita determinarse en el nivel de sistema antes de que alcance el nivel de componentes. Áreas como automoción y radar UAV, telecomunicaciones y redes de fibra, control industrial, adquisición y procesamiento de datos de sensores y muchas otras aplicaciones de señales mixtas deberían ser ejemplos familiares. Una vez que se determinan y perfeccionan los pasos de procesamiento de señales requeridos, los diseñadores e ingenieros pueden determinar qué componentes necesitan para implementar estas funciones en los niveles esquemático y de placa.

El amplio conjunto de herramientas de simulación en Altium Designer^® es ideal para trabajar a nivel de sistema. Los diseñadores tendrán la libertad de diseñar pasos de procesamiento de señales a nivel de sistema con un alto nivel de abstracción. Una vez que hayas determinado las funciones requeridas para implementar tus pasos de procesamiento de señales necesarios, tendrás acceso a una amplia gama de componentes para implementar esta funcionalidad a nivel de componente. Veamos cómo funciona esto en Altium Designer.

Diseño de Sistemas Electrónicos a Nivel de Sistema en Altium Designer

El diseño a nivel de sistema en Altium Designer comienza en un nuevo esquemático. Aquí es donde puedes acceder a todas las funciones de simulación de circuitos disponibles, que están disponibles en la biblioteca de componentes. Si creas un nuevo proyecto y un esquemático en blanco, puedes comenzar a agregar modelos de simulación a tu esquemático y diseñar funcionalidades únicas y pasos de procesamiento de señales.

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En la imagen a continuación, he creado un diagrama de bloques simple usando las herramientas estándar de simulación y modelado en Altium Designer. He incluido un bucle de retroalimentación aquí usando un sumador, y mis pasos de procesamiento de señales previstos están incluidos con dos bloques de procesamiento (etiquetados ABM1), que se describirán en breve.

Diagrama de bloques para diseñar pasos de procesamiento de señales

En la imagen anterior, notarás que he abierto el panel de Componentes y cargado un número de bibliotecas estándar. He delimitado las bibliotecas relevantes de simulación y modelado en el cuadro rojo. Estas bibliotecas te permiten acceder a una serie de modelos de simulación estándar, tales como fuentes de voltaje/corriente (lineal por tramos, arbitraria, sinusoidal y fuentes controladas por voltaje/corriente). También puedes acceder a una serie de funciones matemáticas. He utilizado una función de Adición de Voltajes (etiquetada M_IN, ID de diseño ADDV) para crear mi bucle de retroalimentación.

Además de estos modelos de simulación, puedes acceder a herramientas importantes de diseño de sistemas en las bibliotecas Simulation Special Function.IntLib y Simulation PSpice Functions.IntLib. Estas bibliotecas contienen una serie de funciones especiales de circuito estándar, un modelo de S-parámetro arbitrario y un modelo de expresión personalizable. He utilizado el modelo de expresión personalizable de 1-puerto (ABM1), aunque están disponibles versiones de 2-puertos y 3-puertos.

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Definiendo los Pasos de Procesamiento

Cada uno de los modelos mostrados arriba es personalizable. La fuente sinusoidal de 1 MHz que añadí en mi modelo tiene un pequeño amortiguamiento aplicado (0.5 rad por seg) para simular la atenuación a lo largo de una cadena de señal, y a la fuente se le ha dado una amplitud de 1 V. Hay otros parámetros que pueden personalizarse, como el desplazamiento de CC, la fase y el retraso. También podrías usar esto para definir una fuente pulsada, lo cual investigaré en breve.

Cada uno de los modelos en la simulación puede personalizarse haciendo clic en el modelo en el esquemático y abriendo el panel de Propiedades en el lado derecho del editor esquemático. Si te desplazas hacia abajo hasta el final del panel, verás una entrada para “Modelos”. Haz clic en la entrada de la lista y haz clic en el botón de editar para abrir el diálogo del editor de Modelo de Simulación. Esta ventana se muestra a continuación; podrás modificar los parámetros importantes en el modelo dentro de esta ventana. Si haces esto con el bloque ABM1, podrás definir expresiones matemáticas personalizadas para tus pasos de procesamiento de señales.

El editor de Modelo de Simulación en Altium Designer

Ejecutando Simulaciones

Una vez que hayas definido los pasos de procesamiento requeridos, estarás listo para ejecutar algunos análisis de simulación. Voy a examinar el comportamiento de mi circuito cuando se alimenta con una fuente sinusoidal y con una fuente de pulsos repetitivos, ambas accesibles en el editor de Sim Model. Necesitarás crear un perfil MixedSim (consulta la lista de análisis disponibles aquí) que defina qué simulaciones deseas ejecutar con tu esquemático.

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Mis resultados de análisis transitorio con la fuente sinusoidal de 1 MHz se muestran a continuación. A partir de los resultados, puedes ver cómo los bloques ABM modifican la señal a medida que entra en el bucle de retroalimentación y compensa la atenuación; se puede observar que la respuesta transitoria en la cadena de señal restaura la salida a su nivel completo a través del bucle de retroalimentación.

Resultados simulados de análisis transitorio con una fuente sinusoidal de 1 MHz

También cambié la fuente a una fuente de pulsos repetitivos. Como se muestra en los resultados del análisis transitorio a continuación, la fuente aumenta al nivel completo y mantiene brevemente el voltaje de entrada a plena fuerza. La respuesta transitoria en el bucle de retroalimentación se vuelve más obvia cuando se utiliza la fuente de pulsos repetitivos en la simulación.

Resultados simulados de análisis transitorio con una fuente de pulsos de 1 MHz

También habilité el análisis de Fourier en mi perfil MixedSim, y el simulador genera automáticamente estos resultados durante todo el intervalo de tiempo mostrado en los resultados del dominio temporal anterior. El contenido armónico se muestra en la imagen a continuación. Mi cadena de señales genera componentes de frecuencia subarmónica, lo que se indica por la presencia de componentes de frecuencia en varias fracciones de 1 MHz en el dominio de frecuencia.

Este modesto bloque de procesamiento de señales apenas roza la superficie de lo que es posible con los modelos de simulación en Altium Designer^®. Las herramientas de diseño a nivel de sistema electrónico mostradas aquí y las herramientas de análisis estándar de la industria en Altium Designer te ofrecen una solución completa para el diseño electrónico. También tendrás acceso a las mejores características de captura esquemática, diseño de layout y planificación de producción de la industria en un entorno de diseño unificado.

Ahora puedes descargar una prueba gratuita de Altium Designer y aprender más sobre las mejores herramientas de layout, simulación y planificación de producción de la industria. Habla hoy mismo con un experto de Altium para saber más.