Projektowanie niestandardowych peryferyjnych płyt NanoBoard

Część 1: Tworzenie własnego szablonu płyty peryferyjnej

W tej pierwszej części dwuczęściowego poradnika przyjrzymy się, jak rozpocząć projektowanie PCB, zaczynając od projektu referencyjnego PB30 i modyfikując go, aby utworzyć szablon dla własnej niestandardowej płyty peryferyjnej. Oprócz tego omówimy niektóre dostępne połączenia IO dla niestandardowych peryferii.

W następnej części omówimy proces rejestracji i jak rozpocząć pracę nad projektami FPGA korzystając z nowo stworzonej płyty peryferyjnej.

NB2 i NB3000 są używane przez wiele szkół inżynierskich, indywidualnych użytkowników oraz zespołów projektowych w firmach do eksplorowania i realizacji nowych pomysłów projektowych.

NB3000 cieszy się dużą popularnością, nie tylko ze względu na atrakcyjną cenę, ale również dzięki obszernemu zestawowi urządzeń i opcji IO. Obejmują one USB (Host i Slave), diody RGB, ekran dotykowy TFT, izolowane przekaźniki, ADC, DAC, RS-485, RS-232, Ethernet, MIDI, SVGA oraz wysokiej definicji audio IO - aby wymienić tylko niektóre!

Obydwie płytki NanoBoard są rozszerzalnymi płytami rozwojowymi, posiadającymi miejsca na peryferyjne płytki córki, umożliwiające dodanie dodatkowych możliwości IO. W chwili pisania tego poradnika technicznego, dostępne są cztery peryferyjne płytki od Altium: pełnowymiarowa PB01 (koder audio, analogowe wejście/wyjście wideo), PB02 (płyta do przechowywania danych z SD, CF, ATA itp.), PB03 (Ethernet, USB, IrDA) oraz PB30 - pełnowymiarowa płyta z niezbędnym złączem do NB2/NB3000 i kilkoma różnymi obszarami prototypowymi do budowania prostych układów dodatkowych.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Chociaż płyta prototypowa jest świetnym punktem wyjścia do próbowania prostych obwodów z połączeniem do NanoBoard NB3000, projektowanie własnej płyty peryferyjnej daje nieograniczone możliwości.

W tej pierwszej części dwuczęściowego poradnika technicznego przyjrzymy się, jak rozpocząć projektowanie płytki PCB, zaczynając od projektu referencyjnego PB30 i modyfikując go, aby stworzyć szablon dla własnej peryferyjnej płytki. Omówimy również niektóre dostępne połączenia IO dla niestandardowych peryferiów. W następnej części porozmawiamy o procesie rejestracji i jak zacząć pracę nad projektami FPGA, używając nowo stworzonej peryferyjnej płytki.

Przygotowanie plików peryferyjnej płytki

Pierwszym krokiem jest zbudowanie szablonu dla peryferyjnej płytki, i w tym poradniku technicznym opieramy się na PB30, ponieważ ta płyta jest zorientowana tak, że złącze Altium Nanoconnector znajduje się w lewym górnym rogu, a sitodruk jest zazwyczaj pokazany w prawidłowej orientacji, gdy jest podłączony do NanoBoard NB3000. Jeśli używasz NanoBoard NB2, pełnowymiarowe miejsce na peryferyjną płytkę znajduje się na górze, w takim przypadku dobra byłaby płyta PB-01 (Audio, Video), ponieważ jej orientacja jest obrócona o 180 stopni.

Aktualna wersja Altium ma domyślną lokalizację projektu referencyjnego PB30 w “C:\Program Files\Altium Summer 09\Examples\Reference Designs\PB30\”.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Skopiuj cały folder dla płytki peryferyjnej i zmień jego nazwę na swoją szablonową. W tym przypadku nazwaliśmy go PBUSER:

Ponadto, powinieneś zmienić nazwy rzeczywistych plików w projekcie. Szybkim sposobem na to jest użycie dobrego starego polecenia DOS RENAME z pewnymi symbolami wieloznacznymi:

Teraz, jeśli otworzysz projekt PBUSER.PrjPCB w Altium, otrzymasz ostrzeżenie dla każdego dokumentu, który był wcześniej członkiem projektu, że nie został znaleziony i zostanie usunięty.

Jest to spowodowane tym, że zmieniliśmy nazwy każdego z tych plików (odpowiednio). To w porządku, ponieważ wszystko, co musimy zrobić, to ponownie dodać je do projektu, używając polecenia Projekt» Dodaj istniejące do projektu..., wybierając wszystkie pliki PBUSER*.* i klikając OK.

Teraz mamy kompletną duplikację PB30, jedyną różnicą jest to, że projekt i wszystkie jego pliki zostały zmienione.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Następnym krokiem jest usunięcie obszaru prototypowania z projektu. Jest to stosunkowo łatwe, ponieważ jest to faktycznie komponent, który możemy usunąć ze schematu oznaczonego jako PROTO1. Projekt referencyjny PB30 zawiera również komponent schematu, który jest odniesieniem do wyprodukowanej płytki PCB. Pozwala to na wygenerowanie kompletnego zestawu, w którym sama płyta PCB jest jednym z komponentów potrzebnych do złożenia produktu. Jednak w tworzonym przez nas szablonie nie jest to już istotne, więc również to usuniemy.

Projekt PB30 zawiera również 1-wire PROM używany do identyfikacji i rejestracji płytki w Altium, co umożliwia automatyczną konfigurację ograniczeń dla projektu FPGA - zostawimy ten element w projekcie, ponieważ chcemy mieć tę możliwość dla naszego niestandardowego PB. Po usunięciu zbędnych elementów ze schematu, kliknięcie na Projekt» Aktualizuj dokument PCB PBUSER.PcbDoc uruchomi proces ECO, aby wprowadzić zmiany na PCB i ostatecznie usunąć te niechciane elementy. Podczas wykonywania tego polecenia, możesz otrzymać ostrzeżenie, że niektóre komponenty nie mogły zostać dopasowane przy użyciu unikalnych identyfikatorów. W takim przypadku kliknij Tak, aby pozwolić na kontynuację synchronizacji. Podobnie, jeśli zostaniesz poproszony o dopasowanie klas komponentów, kliknij Nie. (Te problemy zostaną również rozwiązane przez uruchomienie procesu ECO.)

Możesz zobaczyć, patrząc na ECO przed jego wykonaniem, że usunie on wszystkie niepotrzebne pady komponentów z netlisty, ślad komponentu PROTO1 (który jest całym obszarem prototypowania), jak również zbędną klasę komponentów i pomieszczenie. Nowa klasa komponentów i nowe pomieszczenie, oba nazwane według nowych plików projektowych, zostaną dodane. Wykonanie ECO kończy ten proces i otwiera zaktualizowany projekt PCB.

Można tutaj zauważyć, że oryginalne ścieżki z obszaru prototypowania pozostały, włącznie z łzami. Możemy usunąć ścieżki, używając Narzędzia» Odłącz» Wszystko. Aby usunąć łzy, musimy je zaznaczyć ramką i po prostu nacisnąć Usuń.

Jako część procesu ECO, do płytki dodano nowe Pomieszczenie, nazwane według schematu najwyższego poziomu (w tym przypadku PBUSER Double_Sized_Proto_Board). Jeśli nie chcesz używać pomieszczeń, możesz je po prostu zaznaczyć i usunąć. W przeciwnym razie zaznacz je i przeciągnij jego prawy górny róg, tak aby jego obszar pokrywał płytę.

Możesz zauważyć, że w tym projekcie są dwa dokumenty PCB - PBUSER.PcbDoc, który jest tą płytą, oraz PBUSERPanel.PcbDoc. PBUSERPanel.PcbDoc to wersja panelizowana głównego projektu PCB, składająca się z dwóch na dwa panele, używająca Zintegrowanej Tablicy Płyt. Ponieważ odnosi się do głównego PCB, konieczne są bardzo niewielkie modyfikacje. Samą Zintegrowaną Tablicę należy zaktualizować, aby wskazywała na nowy dokument PCB. Robi się to, klikając dwukrotnie na tablicę (która wygląda jak mały szary prostokąt) i określając nową nazwę pliku PCB:

Gdy tablica wskazuje na nową pustą płytę, można je właściwie zobaczyć w panelu:

W tym momencie wszelkie ciągi tekstowe, które odnoszą się do „PB30”, powinny zostać zmienione, aby odzwierciedlały nazwę tej nowej płyty. Można nawet zdecydować się na użycie specjalnych ciągów jako zamiennik, aby mogły być automatycznie aktualizowane z parametru projektu - szczególnie przydatne, jeśli jest to używane jako szablon dla wielu nowych projektów.

Ponadto, kod kreskowy na warstwie Top Overlay to po prostu ciąg z czcionką kodu kreskowego. Dla płyt Altium jest to po prostu nazwa płyty. W tym przypadku powinna zostać zaktualizowana do PBUSER, ale możesz ją dopasować do nazwy części peryferyjnej płyty, jaka będzie.

Tworzenie szablonu

Po zapisaniu zaktualizowanych plików i projektu, są one gotowe do użycia jako podstawa dla dowolnego nowego niestandardowego projektu płytki peryferyjnej. Mogą być również używane razem jako szablon projektu, poprzez skopiowanie projektu i jego plików do folderu Templates instalacji Altium. Następnie, z panelu Files w Altium, kliknij PCB Projects, a w oknie New From Template kliknij PCB Projects... i przeglądaj w poszukiwaniu projektu PBUSER.PrjPcb w folderze Templates. Gdy zapiszesz nowo utworzony projekt, zostaniesz poproszony o wybranie nowej lokalizacji do zapisania projektu i wszystkich dokumentów źródłowych z szablonu.

Zamiana pinów i NanoConnector

Jedną z głównych zalet korzystania z tego szablonu jest to, że składnik schematyczny reprezentujący Nanoconnector używany do interfejsu z NB3000 lub NB2 jest wstępnie skonfigurowany ze wszystkimi odpowiednimi przypisaniami pinów dla stałofunkcyjnych IO gospodarza, takich jak Audio, SPI, I2C oraz zegar gospodarza. Ponadto, twarde i miękkie łańcuchy JTAG systemu są kierowane do Nanoconnectora płyty peryferyjnej wraz z linią włączającą, co ułatwia dodanie dodatkowych FPGA, mikrokontrolerów lub urządzeń skanowania granicznego do systemu. Oczywiście, dostarczane są również szyny zasilające . Dostępne napięcia to 1,2V, 1,8V, 2,5V, 3,3V i 5V.

Oprócz stałofunkcyjnych wejść/wyjść, jedna strona Nanoconnectora jest przeznaczona do ogólnego użytku cyfrowych wejść/wyjść, które ostatecznie łączą się z użytkownikiem FPGA na NB3000 (lub NB2). Te piny na komponencie Nanoconnectora w projekcie (oznaczone jako HDR1) są wszystkie wstępnie skonfigurowane jako wymienne. Jest to szczególnie przydatne, ponieważ trasowanie wokół złącza może być dość gęste z powodu jego drobnej siatki. Nie ma magicznego sposobu na wykorzystanie tej możliwości - w pokazanym poniżej przykładzie, zamiana pinów została wykonana z Narzędzia» Zamiana Pinów/Części» Automatyczny Optymalizator Sieci/Pinów, a wynikające zmiany zostały przekazane z powrotem do schematu przez proces odwrotnej inżynierii zmian (ECO) za pomocą Projekt» Aktualizuj Schematy w <projekcie>.

Możesz uznać, że użyteczne jest wykonanie zamiany pinów kilka razy w trakcie procesu trasowania płytki, gdy twoje ścieżki zbliżają się do punktów ukończenia. Pomaga to usunąć przecięcia i znacznie przyspiesza proces tworzenia twojego niestandardowego urządzenia peryferyjnego. Powyższy przykład został ukończony w zaledwie kilka dni, a poniżej pokazano widok 3D:

Jednym z ważnych punktów dotyczących Nanoconnectora jest to, że jest on dostępny od Altium na całym świecie w niskiej cenie (oraz z rabatami ilościowymi). Numer zamówienia tego złącza na płytce peryferyjnej to 99-400-NBC (dostarczany jest tuba z dziewięcioma złączami).

...a w przyszłym miesiącu!

To kończy pierwszą część tej porady technicznej. Gdy już przejdziesz przez ten proces i stworzysz swój szablon, a oczywiście spersonalizujesz go własnymi logotypami firmy itp., stworzenie dowolnej liczby niestandardowych płyt peryferyjnych jest prostą sprawą.

W następnej części tej Porady Technicznej odkryjesz "miękkie" aspekty używania twojej nowej niestandardowej płyty z - jak stworzyć plik ograniczeń do ponownego użycia, nadać karcie osobowość za pomocą 1-wire PROM i stworzyć pasujący port-plugin do używania z twoimi projektami FPGA.