Progettazione di circuiti a livello di sistema elettronico in Altium Designer

Il design a livello di sistema elettronico consente di concentrarsi sulla funzionalità e sull'astrazione

La vita quotidiana di un ingegnere di layout PCB riguarda la traduzione di schemi in un PCB reale e fabbricabile. Prima che ciò possa avvenire, i progetti iniziano a un livello astratto che si concentra sulla progettazione della funzionalità. Man mano che il processo di progettazione complessivo avanza, i requisiti di progettazione diventano più dettagliati, raggiungendo il livello di elaborazione del segnale e, infine, il livello dei componenti. I progettisti e gli ingegneri che sono impegnati a creare funzionalità uniche per i loro nuovi sistemi hanno bisogno di funzionalità di progettazione che consentano loro di operare al livello di elaborazione del segnale costruendo nuovi prodotti per applicazioni avanzate.

Perché iniziare dal Livello Sistema?

Le nuove aree della tecnologia richiedono un'importante elaborazione del segnale, e ciò deve essere determinato a livello di sistema prima di raggiungere il livello dei componenti. Aree come l'automotive e il radar UAV, le telecomunicazioni e le reti in fibra, il controllo industriale, l'acquisizione e l'elaborazione dei dati dei sensori e molte altre applicazioni di segnali misti dovrebbero essere esempi familiari. Una volta determinati e perfezionati i passaggi di elaborazione del segnale richiesti, i progettisti e gli ingegneri possono determinare quali componenti hanno bisogno di implementare queste funzioni a livello di schema e di scheda.

Il vasto set di strumenti di simulazione in Altium Designer^® è ideale per lavorare a livello di sistema. I progettisti avranno la libertà di progettare i passaggi di elaborazione del segnale a livello di sistema con un alto livello di astrazione. Una volta determinate le funzioni necessarie per implementare i tuoi passaggi di elaborazione del segnale richiesti, avrai accesso a una vasta gamma di componenti per implementare questa funzionalità a livello di componente. Vediamo come funziona in Altium Designer.

Progettazione a Livello di Sistema Elettronico in Altium Designer

La progettazione a livello di sistema in Altium Designer inizia in uno nuovo schema. Qui puoi accedere a tutte le funzioni di simulazione dei circuiti disponibili, che si trovano nella libreria dei componenti. Se crei un nuovo progetto e uno schema vuoto, puoi iniziare ad aggiungere modelli di simulazione al tuo schema e progettare funzionalità uniche e passaggi di elaborazione del segnale.

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Nell'immagine qui sotto, ho creato un semplice diagramma a blocchi utilizzando gli strumenti standard di simulazione e modellazione in Altium Designer. Ho incluso un ciclo di feedback qui utilizzando un sommatore, e i miei passaggi di elaborazione del segnale previsti sono inclusi con due blocchi di elaborazione (etichettati ABM1), che verranno descritti a breve.

Diagramma a blocchi per la progettazione di passaggi di elaborazione del segnale

Nell'immagine sopra, noterai che ho aperto il pannello dei Componenti e caricato un numero di librerie standard. Ho evidenziato le librerie di simulazione e modellazione rilevanti nel riquadro rosso. Queste librerie ti permettono di accedere a un numero di modelli di simulazione standard, come fonti di tensione/corrente (lineari a tratti, arbitrarie, sinusoidali e fonti controllate da tensione/corrente). Puoi anche accedere a un numero di funzioni matematiche. Ho utilizzato una funzione di Addizione di Tensioni (etichettata M_IN, ID di progettazione ADDV) per creare il mio anello di feedback.

Oltre a questi modelli di simulazione, puoi accedere a importanti strumenti di progettazione di sistemi nelle librerie Simulation Special Function.IntLib e Simulation PSpice Functions.IntLib. Queste librerie contengono un numero di funzioni speciali di circuito standard, un modello arbitrario di parametro S e un modello di espressione personalizzabile. Ho utilizzato il modello di espressione personalizzabile a 1 porta (ABM1), sebbene siano disponibili versioni a 2 e 3 porte.

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Definizione dei Passaggi di Elaborazione

Ognuno dei modelli mostrati sopra è personalizzabile. La sorgente sinusoidale da 1 MHz che ho aggiunto nel mio modello ha un piccolo smorzamento applicato (0,5 rad al sec) per simulare l'attenuazione lungo una catena di segnale, e alla sorgente è stata data un'ampiezza di 1 V. Ci sono altri parametri che possono essere personalizzati, come l'offset DC, la fase e il ritardo. Potresti anche utilizzare questo per definire una sorgente impulsiva, che esaminerò tra poco.

Ognuno dei modelli nella simulazione può essere personalizzato facendo clic sul modello nello schema e aprendo il pannello Proprietà sul lato destro dell'editor schemi. Se scorri fino in fondo al pannello, vedrai una voce per "Modelli". Fai clic sulla voce nell'elenco e clicca il pulsante di modifica per aprire la finestra di dialogo dell'editor del Modello di Simulazione. Questa finestra è mostrata di seguito; sarai in grado di modificare i parametri importanti nel modello all'interno di questa finestra. Se fai questo con il blocco ABM1, sarai in grado di definire espressioni matematiche personalizzate per i tuoi passaggi di elaborazione del segnale.

L'editor del Modello di Simulazione in Altium Designer

Avvio delle Simulazioni

Una volta definiti i passaggi di elaborazione necessari, sei pronto per eseguire alcune analisi di simulazione. Esaminerò il comportamento del mio circuito quando viene alimentato con una sorgente sinusoidale e con una sorgente pulsata ripetitiva, entrambe accessibili nell'editor del modello di simulazione. Dovrai creare un profilo MixedSim (vedi un elenco delle analisi disponibili qui) che definisce quali simulazioni desideri eseguire con il tuo schema.

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I miei risultati dell'analisi transitoria con la sorgente sinusoidale da 1 MHz sono mostrati di seguito. Dai risultati, puoi vedere come i blocchi ABM modificano il segnale mentre entra nel loop di feedback e compensa l'attenuazione; si può notare che la risposta transitoria nella catena del segnale ripristina l'uscita al suo livello pieno tramite il loop di feedback.

Risultati simulati dell'analisi transitoria con una sorgente sinusoidale da 1 MHz

Ho anche cambiato la sorgente in una sorgente pulsata ripetitiva. Come mostrato nei risultati dell'analisi transitoria qui sotto, la sorgente sale al livello pieno e mantiene brevemente la tensione di ingresso alla massima forza. La risposta transitoria nel loop di feedback diventa più evidente quando si utilizza la sorgente pulsata ripetitiva nella simulazione.

Risultati simulati dell'analisi transitoria con una sorgente pulsata da 1 MHz

Ho anche abilitato l'analisi di Fourier nel mio profilo MixedSim, e il simulatore genera automaticamente questi risultati sull'intera finestra temporale mostrata nei risultati nel dominio del tempo sopra indicati. Il contenuto armonico è mostrato nell'immagine qui sotto. La mia catena di segnale genera componenti di frequenza subarmonica, il che è indicato dalla presenza di componenti di frequenza a varie frazioni di 1 MHz nel dominio della frequenza.

Questo modesto blocco di elaborazione del segnale rappresenta solo l'inizio di ciò che è possibile con i modelli di simulazione in Altium Designer^®. Gli strumenti di progettazione a livello di sistema elettronico mostrati qui e gli strumenti di analisi standard dell'industria in Altium Designer ti offrono una soluzione completa per la progettazione elettronica. Avrai anche accesso alle migliori funzionalità dell'industria per la cattura schematica, il layout e la pianificazione della produzione in un ambiente di progettazione unificato.

Ora puoi scaricare una prova gratuita di Altium Designer e scoprire di più sui migliori strumenti di layout, simulazione e pianificazione della produzione del settore. Parla oggi con un esperto Altium per saperne di più.