Projektowanie układów elektronicznych na poziomie systemowym w Altium Designer

Projektowanie na poziomie systemu elektronicznego pozwala skupić się na funkcjonalności i abstrakcji

Codzienne życie inżyniera układów PCB polega na tłumaczeniu schematów na rzeczywistą, nadającą się do produkcji płytkę PCB. Zanim to się wydarzy, projekty zaczynają się na poziomie abstrakcyjnym, koncentrując się na projektowaniu funkcjonalności. W miarę postępu całego procesu projektowania wymagania projektowe stają się coraz bardziej szczegółowe, dochodząc do poziomu przetwarzania sygnałów, a ostatecznie do poziomu komponentów. Projektanci i inżynierowie, którzy tworzą unikalną funkcjonalność dla swoich nowych systemów, potrzebują funkcji projektowych, które pozwolą im pracować na poziomie przetwarzania sygnałów, tworząc nowe produkty do zaawansowanych aplikacji.

Dlaczego zacząć na poziomie systemu?

Nowsze obszary technologii wymagają znacznego przetwarzania sygnałów, a to musi zostać określone na poziomie systemu, zanim dotrze do poziomu komponentów. Przykłady takich obszarów to radary samochodowe i UAV, telekomunikacja i sieci światłowodowe, kontrola przemysłowa, akwizycja i przetwarzanie danych z czujników oraz wiele innych aplikacji mieszanych sygnałów. Gdy tylko wymagane kroki przetwarzania sygnałów zostaną określone i dopracowane, projektanci i inżynierowie mogą ustalić, które komponenty będą potrzebne do wdrożenia tych funkcji na poziomie schematów i płytki.

Szeroki zestaw narzędzi symulacyjnych w Altium Designer^® jest idealny do pracy na poziomie systemu. Projektanci będą mieli swobodę projektowania kroków przetwarzania sygnałów na poziomie systemu na wysokim poziomie abstrakcji. Gdy określisz funkcje wymagane do wdrożenia wymaganych kroków przetwarzania sygnałów, będziesz miał dostęp do szerokiej gamy komponentów do implementacji tej funkcjonalności na poziomie komponentów. Zobaczmy, jak to działa w Altium Designer.

Projektowanie systemu elektronicznego w Altium Designer

Projektowanie na poziomie systemowym w Altium Designer rozpoczyna się od nowego schematu. To tutaj możesz uzyskać dostęp do wszystkich dostępnych funkcji symulacji obwodów, które są dostępne w bibliotece komponentów. Jeśli utworzysz nowy projekt i pusty schemat, możesz zacząć dodawać modele symulacji do swojego schematu i projektować unikalne funkcjonalności oraz kroki przetwarzania sygnałów.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Na poniższym obrazie stworzyłem prosty diagram blokowy, używając standardowych narzędzi symulacji i modelowania w Altium Designer. Tutaj uwzględniłem pętlę sprzężenia zwrotnego za pomocą sumatora, a moje zamierzone kroki przetwarzania sygnałów są zawarte w dwóch blokach przetwarzających (oznaczonych jako ABM1), które zostaną wkrótce opisane.

Diagram blokowy do projektowania kroków przetwarzania sygnałów

Na powyższym obrazie zauważysz, że otworzyłem panel Komponentów i załadowałem szereg standardowych bibliotek. Zaznaczyłem odpowiednie biblioteki symulacji i modelowania w czerwonym polu. Te biblioteki pozwalają na dostęp do szeregu standardowych modeli symulacji, takich jak źródła napięcia/prądu (kawałkami liniowe, dowolne, sinusoidalne oraz sterowane napięciem/prądem źródła). Możesz również uzyskać dostęp do szeregu funkcji matematycznych. Użyłem funkcji Dodaj Napięcia (oznaczonej jako M_IN, ID projektu ADDV), aby stworzyć moją pętlę sprzężenia zwrotnego.

Oprócz tych modeli symulacji, możesz uzyskać dostęp do ważnych narzędzi projektowania systemów w bibliotekach Simulation Special Function.IntLib i Simulation PSpice Functions.IntLib. Te biblioteki zawierają szereg standardowych specjalnych funkcji obwodów, dowolny model S-parametru oraz model wyrażenia możliwego do dostosowania. Użyłem modelu wyrażenia możliwego do dostosowania z jednym portem (ABM1), chociaż dostępne są wersje z dwoma i trzema portami.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Definiowanie Kroków Przetwarzania

Każdy z pokazanych powyżej modeli jest konfigurowalny. Dodane przeze mnie źródło sinusoidalne 1 MHz ma zastosowane niewielkie tłumienie (0,5 rad na sekundę), aby symulować tłumienie wzdłuż łańcucha sygnałowego, a źródło otrzymało amplitudę 1 V. Istnieją inne parametry, które można dostosować, takie jak przesunięcie stałoprądowe, faza i opóźnienie. Można również użyć tego do zdefiniowania źródła impulsowego, co zaraz zbadam.

Każdy z modeli w symulacji może być dostosowany poprzez kliknięcie na model w schemacie i otwarcie panelu Właściwości po prawej stronie edytora schematów. Jeśli przewiniesz na dół panelu, zobaczysz wpis „Modele”. Kliknij na wpis na liście i kliknij przycisk edycji, aby otworzyć okno dialogowe Edytor modeli symulacji. Okno to jest pokazane poniżej; będziesz mógł zmodyfikować ważne parametry w modelu w tym oknie. Jeśli zrobisz to z blokiem ABM1, będziesz mógł zdefiniować niestandardowe wyrażenia matematyczne dla swoich kroków przetwarzania sygnału.

Edytor modeli symulacji w Altium Designer

Uruchamianie symulacji

Po zdefiniowaniu wymaganych kroków przetwarzania, jesteś gotowy do przeprowadzenia niektórych analiz symulacyjnych. Zamierzam zbadać zachowanie mojego obwodu, gdy jest sterowany źródłem sinusoidalnym oraz źródłem impulsowym o powtarzalnej sekwencji, do których obu można uzyskać dostęp w edytorze Sim Model. Musisz utworzyć profil MixedSim (zobacz listę dostępnych analiz tutaj), który określa, które symulacje chcesz uruchomić ze swoim schematem.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Moje wyniki analizy przejściowej z 1 MHz źródłem sinusoidalnym są pokazane poniżej. Z wyników można zobaczyć, jak bloki ABM modyfikują sygnał, gdy wchodzi on w pętlę sprzężenia zwrotnego i kompensuje tłumienie; widać, że odpowiedź przejściowa w łańcuchu sygnałowym przywraca wyjście do pełnego poziomu za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego.

Wyniki symulowanej analizy przejściowej z 1 MHz źródłem sinusoidalnym

Zmieniłem również źródło na powtarzające się źródło impulsowe. Jak pokazano w wynikach analizy przejściowej poniżej, źródło osiąga pełny poziom i krótko utrzymuje napięcie wejściowe na pełnej sile. Odpowiedź przejściowa w pętli sprzężenia zwrotnego staje się bardziej oczywista, gdy w symulacji używane jest powtarzające się źródło impulsowe.

Wyniki symulowanej analizy przejściowej z 1 MHz źródłem impulsowym

Włączyłem również analizę Fouriera w moim profilu MixedSim, a symulator automatycznie generuje te wyniki na całym przedstawionym oknie czasowym w wynikach w dziedzinie czasu. Zawartość harmoniczna jest pokazana na poniższym obrazie. Mój łańcuch sygnałowy generuje składowe częstotliwości subharmonicznych, co wskazuje na obecność składowych częstotliwości w różnych ułamkach 1 MHz w dziedzinie częstotliwości.

Ten skromny blok przetwarzania sygnałów to tylko wierzchołek góry lodowej możliwości, jakie oferują modele symulacji w Altium Designer^®. Narzędzia do projektowania systemów elektronicznych na poziomie systemowym pokazane tutaj oraz standardowe w branży narzędzia analizy w Altium Designer zapewniają kompleksowe rozwiązanie do projektowania elektroniki. Będziesz miał również dostęp do najlepszych w branży funkcji przechwytywania schematów, układu i planowania produkcji w zintegrowanym środowisku projektowym.

Teraz możesz pobrać darmową wersję próbną Altium Designer i dowiedzieć się więcej o najlepszych w branży narzędziach do układu, symulacji i planowania produkcji. Porozmawiaj z ekspertem Altium już dziś, aby dowiedzieć się więcej.