Conception de circuits électroniques au niveau système dans Altium Designer

La conception au niveau du système électronique permet de se concentrer sur la fonctionnalité et l'abstraction

La vie quotidienne d'un ingénieur en agencement de PCB consiste à traduire des schémas en un PCB réel et manufacturable. Avant que cela puisse se produire, les conceptions commencent à un niveau abstrait qui se concentre sur la conception de la fonctionnalité. Au fur et à mesure que le processus de conception progresse, les exigences de conception deviennent plus détaillées, atteignant le niveau du traitement du signal et, finalement, le niveau des composants. Les concepteurs et ingénieurs qui sont occupés à créer des fonctionnalités uniques pour leurs nouveaux systèmes ont besoin de fonctionnalités de conception qui leur permettent d'opérer au niveau du traitement du signal pour construire de nouveaux produits pour des applications avancées.

Pourquoi commencer au niveau système ?

Les nouveaux domaines de la technologie nécessitent un traitement du signal significatif, et cela doit être déterminé au niveau du système avant d'atteindre le niveau des composants. Des domaines comme l'automobile et le radar UAV, les télécoms et le réseau de fibre optique, le contrôle industriel, l'acquisition et le traitement des données des capteurs et de nombreuses autres applications de signaux mixtes devraient être des exemples familiers. Une fois les étapes de traitement du signal requises déterminées et perfectionnées, les concepteurs et ingénieurs peuvent déterminer quels composants ils ont besoin d'implémenter ces fonctions aux niveaux schématique et de la carte.

L'ensemble d'outils de simulation étendu dans Altium Designer^® est idéal pour travailler au niveau système. Les concepteurs auront la liberté de concevoir les étapes de traitement du signal au niveau système avec un haut niveau d'abstraction. Une fois que vous avez déterminé les fonctions nécessaires pour mettre en œuvre vos étapes de traitement du signal requises, vous aurez accès à une large gamme de composants pour implémenter cette fonctionnalité au niveau des composants. Examinons comment cela fonctionne dans Altium Designer.

Conception de système électronique au niveau système dans Altium Designer

La conception au niveau système dans Altium Designer commence dans un nouveau schéma. C'est là que vous pouvez accéder à toutes les fonctions de simulation de circuit disponibles, qui se trouvent dans la bibliothèque de composants. Si vous créez un nouveau projet et un schéma vierge, vous pouvez commencer à ajouter des modèles de simulation à votre schéma et concevoir des fonctionnalités uniques et des étapes de traitement du signal.

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Dans l'image ci-dessous, j'ai créé un simple diagramme de blocs en utilisant les outils de simulation et de modélisation standards dans Altium Designer. J'ai inclus ici une boucle de rétroaction en utilisant un additionneur, et mes étapes de traitement du signal prévues sont incluses avec deux blocs de traitement (étiquetés ABM1), qui seront décrits sous peu.

Diagramme de blocs pour la conception des étapes de traitement du signal

Dans l'image ci-dessus, vous remarquerez que j'ai ouvert le panneau des composants et chargé un certain nombre de bibliothèques standard. J'ai encadré en rouge les bibliothèques de simulation et de modélisation pertinentes. Ces bibliothèques vous permettent d'accéder à un certain nombre de modèles de simulation standard, tels que les sources de tension/courant (linéaire par morceaux, arbitraire, sinusoïdale, et les sources contrôlées par tension/courant). Vous pouvez également accéder à un certain nombre de fonctions mathématiques. J'ai utilisé une fonction Ajouter des Tensions (étiquetée M_IN, ID de conception ADDV) pour créer ma boucle de rétroaction.

En plus de ces modèles de simulation, vous pouvez accéder à des outils importants de conception de systèmes dans les bibliothèques Simulation Special Function.IntLib et Simulation PSpice Functions.IntLib. Ces bibliothèques contiennent un certain nombre de fonctions spéciales de circuit standard, un modèle de paramètre S arbitraire, et un modèle d'expression personnalisable. J'ai utilisé le modèle d'expression personnalisable à 1 port (ABM1), bien que des versions à 2 ports et 3 ports soient disponibles.

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Définition des étapes de traitement

Chacun des modèles présentés ci-dessus est personnalisable. La source sinusoïdale de 1 MHz que j'ai ajoutée dans mon modèle a une petite atténuation appliquée (0,5 rad par sec) pour simuler l'atténuation le long d'une chaîne de signal, et la source a été dotée d'une amplitude de 1 V. Il existe d'autres paramètres qui peuvent être personnalisés, tels que le décalage DC, la phase et le retard. Vous pourriez également utiliser cela pour définir une source pulsée, ce que je vais examiner dans un instant.

Chacun des modèles dans la simulation peut être personnalisé en cliquant sur le modèle dans le schéma et en ouvrant le panneau Propriétés sur le côté droit de l'éditeur de schéma. Si vous faites défiler vers le bas du panneau, vous verrez une entrée pour « Modèles ». Cliquez sur l'entrée dans la liste et cliquez sur le bouton d'édition pour faire apparaître la boîte de dialogue de l'éditeur de Modèle de Simulation. Cette fenêtre est montrée ci-dessous ; vous pourrez modifier les paramètres importants dans le modèle à l'intérieur de cette fenêtre. Si vous faites cela avec le bloc ABM1, vous pourrez définir des expressions mathématiques personnalisées pour vos étapes de traitement du signal.

L'éditeur de Modèle de Simulation dans Altium Designer

Lancer des Simulations

Une fois que vous avez défini les étapes de traitement nécessaires, vous êtes prêt à exécuter certaines analyses de simulation. Je vais examiner le comportement de mon circuit lorsqu'il est alimenté par une source sinusoïdale et par une source pulsée répétitive, toutes deux accessibles dans l'éditeur de modèle de simulation. Vous devrez créer un profil MixedSim (voir une liste des analyses disponibles ici) qui définit les simulations que vous souhaitez exécuter avec votre schéma.

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Mes résultats d'analyse transitoire avec la source sinusoïdale de 1 MHz sont présentés ci-dessous. À partir des résultats, vous pouvez voir comment les blocs ABM modifient le signal lorsqu'il entre dans la boucle de rétroaction et compense l'atténuation ; on peut voir que la réponse transitoire dans la chaîne de signal restaure la sortie à son niveau complet via la boucle de rétroaction.

Résultats de l'analyse transitoire simulée avec une source sinusoïdale de 1 MHz

J'ai également changé la source pour une source pulsée répétitive. Comme le montrent les résultats de l'analyse transitoire ci-dessous, la source monte au niveau complet et maintient brièvement la tension d'entrée à pleine puissance. La réponse transitoire dans la boucle de rétroaction devient plus évidente lorsque la source pulsée répétitive est utilisée dans la simulation.

Résultats de l'analyse transitoire simulée avec une source pulsée de 1 MHz

J'ai également activé l'analyse de Fourier dans mon profil MixedSim, et le simulateur génère automatiquement ces résultats sur l'ensemble de la fenêtre temporelle affichée dans les résultats en domaine temporel ci-dessus. Le contenu harmonique est montré dans l'image ci-dessous. Ma chaîne de signaux génère des composants de fréquence subharmonique, ce qui est indiqué par la présence de composants de fréquence à diverses fractions de 1 MHz dans le domaine fréquentiel.

Ce modeste bloc de traitement de signal ne fait qu'effleurer la surface de ce qui est possible avec les modèles de simulation dans Altium Designer^®. Les outils de conception au niveau système électronique présentés ici et les outils d'analyse standard de l'industrie dans Altium Designer vous offrent une solution complète de conception électronique. Vous aurez également accès aux meilleures fonctionnalités de capture de schémas, de disposition et de planification de production de l'industrie dans un environnement de conception unifié.

Maintenant, vous pouvez télécharger un essai gratuit d'Altium Designer et en savoir plus sur les meilleurs outils de disposition, de simulation et de planification de production de l'industrie. Parlez dès aujourd'hui à un expert Altium pour en savoir plus.