Altium Designer에서의 전자 시스템 레벨 회로 엔지니어링 디자인

전자 시스템 레벨 디자인을 통해 기능성과 추상화에 집중할 수 있습니다

PCB 레이아웃 엔지니어의 일상은 회로도를 실제 제조 가능한 PCB로 변환하는 것에 관한 것입니다. 이 작업이 시작되기 전에, 디자인은 기능을 설계하는 데 초점을 맞춘 추상적인 수준에서 시작됩니다. 전체 디자인 과정이 진행됨에 따라, 디자인 요구 사항은 점점 더 세분화되어 신호 처리 수준에 도달하고, 결국에는 구성 요소 수준에 이릅니다. 새로운 시스템에 독특한 기능을 만들어내느라 바쁜 디자이너와 엔지니어들은 신호 처리 수준에서 작업하며 고급 애플리케이션을 위한 새로운 제품을 구축할 수 있는 디자인 기능이 필요합니다.

왜 시스템 레벨에서 시작해야 할까요?

신기술 분야는 상당한 신호 처리를 요구하며, 이는 구성 요소 수준에 도달하기 전에 시스템 레벨에서 결정되어야 합니다. 자동차 및 UAV 레이더, 통신 및 광 네트워킹, 산업 제어, 센서 데이터 수집 및 처리와 같은 많은 혼합 신호 애플리케이션 분야는 익숙한 예시들입니다. 필요한 신호 처리 단계가 결정되고 완성되면, 디자이너와 엔지니어는 이러한 기능을 회로도 및 보드 수준에서 구현하기 위해 어떤 구성 요소가 필요한지 결정할 수 있습니다.

Altium Designer^®의 광범위한 시뮬레이션 도구 세트는 시스템 레벨에서 작업하기에 이상적입니다. 설계자들은 고수준의 추상화에서 시스템 레벨 신호 처리 단계를 설계할 자유를 가질 것입니다. 필요한 신호 처리 단계를 구현하기 위해 필요한 기능을 결정한 후에는 이 기능을 구성 요소 레벨에서 구현하기 위한 다양한 구성 요소에 접근할 수 있습니다. Altium Designer에서 이것이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

Altium Designer에서의 전자 시스템 레벨 디자인

Altium Designer에서 시스템 레벨 디자인은 새로운 스키마에서 시작됩니다. 이곳에서 사용 가능한 모든 회로 시뮬레이션 기능에 접근할 수 있으며, 이 기능들은 구성 요소 라이브러리에서 사용 가능합니다. 새 프로젝트와 빈 스키마를 생성하면 스키마에 시뮬레이션 모델을 추가하고 독특한 기능 및 신호 처리 단계를 설계하기 시작할 수 있습니다.

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아래 이미지에서는 Altium Designer의 표준 시뮬레이션 및 모델링 도구를 사용하여 간단한 블록 다이어그램을 생성했습니다. 여기에는 덧셈기를 사용한 피드백 루프가 포함되어 있으며, 곧 설명될 두 개의 처리 블록(ABM1로 표시됨)을 사용하여 의도한 신호 처리 단계가 포함되어 있습니다.

신호 처리 단계를 설계하기 위한 블록 다이어그램

위 이미지에서 볼 수 있듯이, 저는 컴포넌트 패널을 열고 다수의 표준 라이브러리를 로드했습니다. 저는 관련 시뮬레이션 및 모델링 라이브러리를 빨간 상자로 표시했습니다. 이 라이브러리들을 통해 다양한 표준 시뮬레이션 모델, 예를 들어 전압/전류 소스(단편적 선형, 임의적, 정현파, 전압/전류 제어 소스)에 접근할 수 있습니다. 또한 다수의 수학적 함수에도 접근할 수 있습니다. 저는 피드백 루프를 생성하기 위해 전압 추가 기능(라벨 M_IN, 디자인 ID ADDV)을 사용했습니다.

이러한 시뮬레이션 모델 외에도, Simulation Special Function.IntLib 및 Simulation PSpice Functions.IntLib 라이브러리에서 중요한 시스템 디자인 도구에 접근할 수 있습니다. 이 라이브러리들은 다수의 표준 특수 회로 기능, 임의의 S-파라미터 모델, 그리고 사용자 정의 가능한 표현 모델을 포함하고 있습니다. 저는 1-포트 사용자 정의 가능한 표현 모델(ABM1)을 사용했지만, 2-포트 및 3-포트 버전도 이용 가능합니다.

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처리 단계 정의

위에 표시된 모델들은 모두 사용자 정의가 가능합니다. 제가 모델에 추가한 1 MHz 사인파 소스는 신호 체인을 따라 감쇠를 시뮬레이션하기 위해 약간의 감쇠(초당 0.5 라디안)가 적용되었으며, 소스의 진폭은 1 V로 설정되었습니다. DC 오프셋, 위상, 지연과 같이 사용자 정의할 수 있는 다른 매개변수들도 있습니다. 이를 사용하여 펄스 소스를 정의할 수도 있는데, 이에 대해서는 곧 조사해보겠습니다.

시뮬레이션의 모델들은 스키매틱에서 모델을 클릭하고 스키매틱 편집기의 오른쪽에 있는 속성 패널을 열어 사용자 정의할 수 있습니다. 패널 하단까지 스크롤하면 "모델" 항목이 보일 것입니다. 목록에서 항목을 클릭하고 편집 버튼을 클릭하면 Sim Model 편집 대화 상자가 나타납니다. 아래에 표시된 이 창에서 모델 내의 중요 매개변수를 수정할 수 있습니다. 이 작업을 ABM1 블록과 함께 수행하면 신호 처리 단계에 대한 사용자 정의 수학 표현식을 정의할 수 있습니다.

Altium Designer에서의 Sim Model 편집기

시뮬레이션 실행

필요한 처리 단계를 정의한 후에는 몇 가지 시뮬레이션 분석을 실행할 준비가 됩니다. 저는 사인파 소스와 반복되는 펄스 소스로 구동될 때 내 회로의 동작을 검토할 것입니다. 이 두 소스는 모두 Sim Model 편집기에서 접근할 수 있습니다. 회로도와 함께 실행하고자 하는 시뮬레이션을 정의하는 MixedSim 프로필을 생성해야 합니다(여기에서 사용 가능한 분석 목록을 확인하세요).

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1 MHz 사인파 소스로 수행한 과도 분석 결과는 아래에 나타나 있습니다. 결과에서 볼 수 있듯이, ABM 블록이 신호를 피드백 루프로 입력할 때 신호를 수정하고 감쇠를 보상하는 방식을 볼 수 있습니다; 신호 체인에서의 과도 응답이 피드백 루프를 통해 출력을 전체 수준으로 복원하는 것을 볼 수 있습니다.

1 MHz 사인파 소스로 시뮬레이션한 과도 분석 결과

또한 소스를 반복되는 펄스 소스로 전환했습니다. 아래에 나타난 과도 분석 결과에서 볼 수 있듯이, 소스는 전체 수준까지 상승하여 입력 전압을 잠시 동안 전체 강도로 유지합니다. 반복되는 펄스 소스가 시뮬레이션에 사용될 때 피드백 루프에서의 과도 응답이 더 명확해집니다.

1 MHz 펄스 소스로 시뮬레이션한 과도 분석 결과

저는 또한 MixedSim 프로필에서 푸리에 분석을 활성화했으며, 시뮬레이터는 위의 시간 영역 결과에 표시된 전체 시간 창에 걸쳐 자동으로 이러한 결과를 생성합니다. 하모닉 내용은 아래 이미지에 표시됩니다. 제 신호 체인은 서브하모닉 주파수 구성 요소를 생성하는데, 이는 주파수 영역에서 1MHz의 다양한 분수에 해당하는 주파수 구성 요소의 존재로 나타납니다.

이 소박한 신호 처리 블록은 Altium Designer^®의 시뮬레이션 모델로 가능한 것의 표면만을 긁어모았습니다. 여기에 표시된 전자 시스템 수준 설계 도구와 Altium Designer의 업계 표준 분석 도구는 완전한 전자 설계 솔루션을 제공합니다. 통합 설계 환경에서 업계 최고의 스키마틱 캡처, 레이아웃, 생산 계획 기능에도 접근할 수 있습니다.

이제 Altium Designer의 무료 평가판을 다운로드하고 업계 최고의 레이아웃, 시뮬레이션, 생산 계획 도구에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 오늘 Altium 전문가와 대화하세요 더 자세히 알아보기 위해.