Conception de cartes périphériques NanoBoard personnalisées

Partie 1 : Création de votre propre modèle de carte périphérique

Dans ce premier volet de ce conseil technique en deux parties, nous examinerons comment commencer la conception du PCB, en commençant par le design de référence PB30 et en le modifiant pour former un modèle pour votre carte périphérique personnalisée. En plus de cela, nous discuterons de certaines des connexions IO disponibles pour les périphériques personnalisés.

Dans le prochain volet, nous discuterons du processus d'enregistrement et comment commencer sur vos conceptions FPGA en utilisant la nouvelle carte périphérique que vous avez créée.

Le NB2 et le NB3000 sont utilisés par de nombreuses écoles d'ingénieurs, individus et équipes de conception d'entreprise pour explorer et concrétiser de nouvelles idées de conception.

Le NB3000 a été particulièrement populaire, non seulement en raison de son prix attractif, mais aussi grâce à son vaste ensemble de dispositifs et d'options d'IO. Ceux-ci incluent USB (Hôte et Esclave), LEDs RGB, écran tactile TFT, commutateurs à relais isolés, ADCs, DACs, RS-485, RS-232, Ethernet, MIDI, SVGA et audio haute définition IO - pour n'en nommer que quelques-uns !

Les deux NanoBoards sont des cartes de développement extensibles, disposant d'emplacements pour cartes filles périphériques pour ajouter des capacités d'IO supplémentaires. Au moment de rédiger ce conseil technique, quatre cartes périphériques sont disponibles chez Altium : la PB01 de taille complète (codec audio, IO vidéo analogique), la PB02 (carte de stockage de masse avec SD, CF, ATA, etc.), la PB03 (Ethernet, USB, IrDA) et la PB30 - une carte de taille complète avec le connecteur nécessaire au NB2/NB3000 et plusieurs zones de prototypage différentes pour construire des circuits additionnels simples.

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Alors que la carte de prototypage est un excellent point de départ pour essayer des circuits simples avec une connexion au NanoBoard NB3000, concevoir votre propre carte périphérique vous offre des possibilités illimitées.

Dans cette première partie de ce conseil technique en deux parties, nous examinerons comment commencer la conception du PCB, en commençant par le design de référence PB30 et en le modifiant pour créer un modèle pour votre carte périphérique personnalisée. En plus de cela, nous discuterons de certaines des connexions IO disponibles pour les périphériques personnalisés. Dans le prochain volet, nous parlerons du processus d'enregistrement et de comment commencer vos conceptions FPGA en utilisant la nouvelle carte périphérique que vous avez créée.

Préparation des fichiers de la carte périphérique

La première étape consiste à construire le modèle pour la carte périphérique, et dans ce conseil technique, nous nous baserons sur le PB30, car cette carte est orientée de telle manière que le Nanoconnecteur d'Altium se trouve en haut à gauche, et le marquage sur la sérigraphie apparaît généralement dans le bon sens lorsqu'elle est branchée sur le NanoBoard NB3000. Si vous utilisez le NanoBoard NB2, l'espace pour la carte périphérique de taille normale se trouve en haut, auquel cas la carte PB-01 (Audio, Vidéo) serait un bon choix, puisque son orientation est tournée de 180 degrés.

La version actuelle d'Altium a l'emplacement par défaut du design de référence PB30 à “C:\Program Files\Altium Summer 09\Examples\Reference Designs\PB30\”.

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Copiez l'intégralité du dossier pour la carte périphérique, et renommez-le pour votre modèle. Dans ce cas, nous l'avons appelé PBUSER:

De plus, vous devriez renommer les fichiers actuels dans le projet. Une manière rapide de faire cela est d'utiliser la bonne vieille commande DOS RENAME avec quelques caractères génériques :

Maintenant, si vous ouvrez le projet PBUSER.PrjPCB dans Altium, vous recevrez un avertissement pour chaque document qui était précédemment membre du projet indiquant qu'il n'est plus trouvé, et sera supprimé.

Cela est dû au fait que nous avons renommé chacun de ces fichiers (de manière appropriée). C'est bon, car tout ce que nous avons à faire est de les ajouter à nouveau au projet en utilisant la commande Projet» Ajouter existant au projet..., en sélectionnant tous les fichiers PBUSER*.* et en cliquant sur OK.

Maintenant, nous avons une copie complète du PB30, la seule différence étant que le projet et tous ses fichiers ont été renommés.

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La prochaine étape consiste à retirer la zone de prototypage du design. Cela est relativement facile car il s'agit en fait d'un composant que nous pouvons retirer du schéma désigné PROTO1. Le design de référence PB30 contient également un composant schématique qui fait référence au PCB fabriqué. Cela permet de générer un assemblage complet où le PCB lui-même est l'un des composants nécessaires à l'assemblage du produit. Cependant, dans le modèle que nous créons, cela n'est plus pertinent, donc nous allons également supprimer cela.

Le design PB30 contient également le PROM 1-wire utilisé pour l'identification et l'enregistrement de la carte auprès d'Altium, ce qui permet de configurer automatiquement les contraintes pour la conception FPGA - nous allons conserver cet élément dans le design puisque nous souhaitons cette capacité pour notre PB personnalisé. Une fois que nous avons supprimé les éléments superflus du schéma, cliquer sur Conception» Mettre à jour le document PCB PBUSER.PcbDoc lancera le processus ECO pour pousser les modifications vers le PCB et, en fin de compte, supprimer ces éléments indésirables. En exécutant cette commande, vous pourriez recevoir un avertissement indiquant que certains composants n'ont pas pu être appariés à l'aide d'identifiants uniques. Dans ce cas, cliquez sur Oui pour permettre la synchronisation de continuer. De même, si on vous demande d'apparier des classes de composants, cliquez sur Non. (Ces problèmes seront également simplement résolus en exécutant le processus ECO.)

Vous pouvez voir, en regardant l'ECO avant de l'exécuter, qu'il supprimera tous les pads de composants inutiles de la nomenclature, l'empreinte du composant PROTO1 (qui est toute la zone de prototypage), ainsi que la classe de composants redondante et la salle. Une nouvelle classe de composants et une nouvelle salle, toutes deux nommées d'après les nouveaux fichiers de conception, seront ajoutées. L'exécution de l'ECO termine ce processus et ouvre la conception PCB mise à jour.

Vous pouvez voir ici que le câblage original de la zone de prototypage reste, y compris les larmes. Nous pouvons retirer le câblage en utilisant Outils» Dérouter» Tout. Pour retirer les larmes, nous devons les sélectionner avec un cadre et simplement appuyer sur Supprimer.

Dans le cadre du processus ECO, une nouvelle Zone a été ajoutée à la carte, nommée d'après le schéma de niveau supérieur (dans ce cas PBUSER Double_Sized_Proto_Board). Si vous ne souhaitez pas utiliser de zones, vous pouvez simplement la sélectionner et la supprimer. Sinon, sélectionnez-la et faites glisser son coin supérieur droit de sorte que sa zone couvre la carte.

Vous remarquerez peut-être qu'il y a deux documents PCB dans ce projet - PBUSER.PcbDoc qui est ce PCB, et PBUSERPanel.PcbDoc. PBUSERPanel.PcbDoc est une version panélisée deux par deux du design principal du PCB, utilisant un Tableau de Cartes Embarquées. Comme il se réfère au PCB principal, il y a très peu de modifications nécessaires. Le Tableau Embarqué lui-même doit être mis à jour pour pointer vers le nouveau document PCB. Cela se fait en double-cliquant sur le tableau (qui ressemble à un petit rectangle gris) et en spécifiant le nouveau nom de fichier PCB:

Lorsque le tableau pointe vers la nouvelle carte vierge, vous pouvez les voir correctement au sein du panneau :

À ce stade, toutes les chaînes de texte qui font référence à « PB30 » devraient également être modifiées pour refléter le nom de cette nouvelle carte. Vous pourriez même opter pour l'utilisation de chaînes spéciales comme remplacement afin qu'elles puissent être mises à jour automatiquement à partir d'un paramètre de projet - particulièrement utile si cela est utilisé comme modèle pour de nombreux nouveaux designs.

De plus, le code-barres sur la couche Top Overlay est simplement une chaîne avec une police de code-barres. Pour les cartes Altium, il s'agit simplement du nom de la carte. Dans ce cas, il devrait être mis à jour en PBUSER, mais vous pouvez le faire correspondre à tout nom de pièce de carte périphérique que vous aurez.

Création du modèle

Une fois que les fichiers mis à jour et le projet ont tous été sauvegardés, ils sont prêts à être utilisés comme base pour tout nouveau design de carte périphérique personnalisée. Ils peuvent également être utilisés ensemble comme un modèle de projet, en copiant le projet et ses fichiers dans le dossier Templates de l'installation d'Altium. Ensuite, depuis le panneau Files d'Altium, cliquez sur PCB Projects, et dans le volet New From Template cliquez sur PCB Projects... et recherchez le projet PBUSER.PrjPcb dans le dossier Templates. Lorsque vous sauvegardez le nouveau projet créé, il vous sera demandé de choisir un nouvel emplacement pour sauvegarder le projet et tous les documents sources du modèle.

Échange de broches et le NanoConnector

L'un des principaux avantages de l'utilisation de ce modèle est que le composant schématique représentant le Nanoconnecteur utilisé pour l'interface avec le NB3000 ou le NB2 est préconfiguré avec toutes les affectations de broches appropriées pour les E/S à fonction fixe de l'hôte, telles que l'Audio, le SPI, l'I2C, et l'horloge de l'hôte. De plus, les chaînes JTAG dures et souples du système sont acheminées vers le Nanoconnecteur de la carte périphérique avec une ligne d'activation, ce qui facilite grandement l'ajout d'FPGA supplémentaires, de microcontrôleurs ou de dispositifs de balayage de frontière au système. Bien sûr, les rails d'alimentation de l'hôte sont également fournis. Les tensions disponibles sont de 1,2V, 1,8V, 2,5V, 3,3V et 5V.

En plus des E/S à fonction fixe, un côté du Nanoconnecteur est dédié aux E/S numériques à usage général, qui se connectent finalement à l'FPGA utilisateur sur le NB3000 (ou NB2). Ces broches sur le composant Nanoconnecteur dans la conception (désigné HDR1) sont toutes préconfigurées pour être interchangeables. Cela est particulièrement pratique car le routage autour du connecteur peut être assez dense en raison de son pas fin. Il n'y a pas de tour de magie pour utiliser cette capacité - dans l'exemple ci-dessous, le changeur de broches a été exécuté depuis Outils» Échange de Pin/Pièce» Optimiseur Automatique de Net/Broche, et les modifications résultantes ont été réintégrées dans le schéma par le processus d'ECO inverse en utilisant Conception» Mettre à jour les Schémas Dans <projet>.

Vous trouverez peut-être utile d'exécuter le changeur de broches plusieurs fois tout au long du processus de routage de la carte, à mesure que votre travail de pistes se rapproche des points de finition. Cela aide à éliminer les croisements et accélère grandement le processus de création de votre périphérique personnalisé. L'exemple ci-dessus a été complété en seulement quelques jours, et une vue 3D est montrée ci-dessous :

Un dernier point très important concernant le Nanoconnecteur est qu'il est disponible chez Altium partout dans le monde à faible coût (et avec des remises sur volume). Le numéro de commande pour ce connecteur sur la carte périphérique est 99-400-NBC (un tube de neuf connecteurs est fourni).

...et arrivant le mois prochain !

Voilà qui conclut la première partie de ce conseil technique. Une fois que vous avez suivi ce processus et créé votre modèle, et bien sûr l'avez personnalisé avec les logos de votre propre entreprise, etc., il est simple de créer autant de cartes périphériques personnalisées que vous le souhaitez.

Dans la prochaine partie de ce Conseil Technique, vous découvrirez les aspects "doux" de l'utilisation de votre nouvelle carte personnalisée avec un - comment créer un fichier de contraintes réutilisable, donner à la carte une personnalité avec le PROM 1-fil, et créer un port-plug-in correspondant à utiliser avec vos projets FPGA.