Desenho de Placas Periféricas Personalizadas para NanoBoard

Parte 1: Criando seu próprio template de placa de periféricos

Nesta primeira parte desta dica técnica em duas partes, vamos ver como começar o design da PCB, iniciando com o design de referência PB30 e modificando-o para formar um template para sua placa de periféricos personalizada. Além disso, vamos discutir algumas das conexões de IO disponíveis para periféricos personalizados.

Na próxima parte, discutiremos o processo de registro e como começar nos seus designs de FPGA usando a nova placa de periféricos que você criou.

O NB2 e o NB3000 são usados por muitas escolas de engenharia, indivíduos e equipes de design corporativas para explorar e dar vida a novas ideias de design.

O NB3000 tem sido particularmente popular, não apenas por seu preço convidativo, mas também graças ao seu extenso conjunto de dispositivos e opções de IO. Estes incluem USB (Host e Slave), LEDs RGB, tela sensível ao toque TFT, interruptores de relé isolados, ADCs, DACs, RS-485, RS-232, Ethernet, MIDI, SVGA e áudio de alta definição IO - apenas para citar alguns!.

Ambos os NanoBoards são placas de desenvolvimento extensíveis, tendo locais para placas filhas periféricas para adicionar capacidade de IO extra. No momento em que este tech-tip foi escrito, quatro placas periféricas estão disponíveis pela Altium: a PB01 de tamanho completo (codec de áudio, IO de vídeo analógico), a PB02 (placa de armazenamento em massa com SD, CF, ATA, etc.), a PB03 (Ethernet, USB, IrDA) e a PB30 - uma placa de tamanho completo com o conector necessário para o NB2/NB3000 e várias áreas de prototipagem diferentes para construir circuitos adicionais simples.

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Enquanto a placa de prototipagem é um ótimo ponto de partida para experimentar circuitos simples com conexão ao NanoBoard NB3000, projetar sua própria placa periférica oferece possibilidades ilimitadas.

Nesta primeira parte desta dica técnica em duas partes, vamos ver como iniciar o projeto do PCB, começando com o design de referência PB30 e modificando-o para formar um template para sua placa periférica personalizada. Junto a isso, discutiremos algumas das conexões de IO disponíveis para periféricos personalizados. Na próxima parte, discutiremos o processo de registro e como começar nos seus projetos de FPGA usando a nova placa periférica que você criou.

Preparando os arquivos da placa periférica

O primeiro passo é construir o template para a placa periférica, e nesta dica técnica, basearemos isso no PB30, porque esta placa é orientada de tal forma que o Altium Nanoconnector está no canto superior esquerdo, e o silkscreen geralmente está mostrando na posição correta quando está conectado ao NanoBoard NB3000. Se você está usando o NanoBoard NB2, o espaço da placa periférica de tamanho completo está localizado na parte superior, nesse caso, a placa PB-01 (Áudio, Vídeo) seria uma boa escolha, já que sua orientação é rotacionada em 180 graus.

A versão atual do Altium tem a localização padrão do design de referência PB30 em “C:\Program Files\Altium Summer 09\Examples\Reference Designs\PB30\”.

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Copie a pasta inteira para a placa periférica e renomeie-a para o seu modelo. Neste caso, chamamos de PBUSER:

Além disso, você deve renomear os arquivos reais no projeto. Uma maneira rápida de fazer isso é usando o bom e velho comando DOS RENAME com alguns curingas:

Agora, se você abrir o Projeto PBUSER.PrjPCB no Altium, receberá um aviso para cada documento que anteriormente era membro do projeto de que ele não é mais encontrado e será removido.

Isso acontece porque renomeamos cada um desses arquivos (apropriadamente). Tudo bem, porque tudo o que precisamos fazer é adicioná-los novamente ao projeto usando o comando Projeto» Adicionar Existente ao Projeto..., selecionando todos os arquivos PBUSER*.* e clicando em OK.

Agora, temos uma duplicata completa do PB30, a única diferença sendo que o projeto e todos os seus arquivos foram renomeados.

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O próximo passo é remover a área de prototipagem do design. Isso é relativamente fácil porque na verdade é um componente que podemos remover do esquemático designado PROTO1. O design de referência PB30 também contém um componente esquemático que é uma referência à PCB fabricada. Isso permite que uma montagem completa seja gerada onde a própria PCB é um dos componentes necessários para montar o produto. No entanto, no modelo que estamos criando, isso não é mais relevante, então também vamos deletar isso.

O design PB30 também contém o PROM de 1 fio usado para ID e registro da placa com a Altium, que permite que as restrições para o design do FPGA sejam configuradas automaticamente - vamos manter esse no design, pois queremos essa capacidade para nosso PB personalizado. Uma vez que tenhamos deletado o supérfluo do esquemático, clicar em Design» Atualizar Documento PCB PBUSER.PcbDoc iniciará o processo ECO para empurrar as mudanças para o PCB e, finalmente, remover aqueles indesejados. Ao executar este comando, você pode receber um aviso de que alguns componentes não puderam ser correspondidos usando IDs únicos. Nesse caso, clique em Sim para permitir que a sincronização continue. Da mesma forma, se for solicitado para corresponder classes de componentes, clique em Não. (Esses problemas também serão resolvidos simplesmente executando o processo ECO.)

Você pode ver, ao olhar para o ECO antes de executá-lo, que ele removerá todas as almofadas de componentes desnecessárias da netlist, a pegada do componente PROTO1 (que é toda a área de prototipagem), bem como a classe de componente redundante e o ambiente. Uma nova classe de componente e um novo ambiente, ambos nomeados a partir dos novos arquivos de design, serão adicionados. Executar o ECO finaliza esse processo e abre o design atualizado do PCB.

Você pode ver aqui que o traçado original da área de prototipagem permanece, incluindo as gotas de solda. Podemos remover o traçado usando Ferramentas» Desfazer Roteamento» Todos. Para remover as gotas de solda, precisamos selecioná-las com um quadro e simplesmente pressionar Delete.

Como parte do processo de ECO, uma nova Sala foi adicionada à placa, nomeada após o esquemático de nível superior (neste caso PBUSER Double_Sized_Proto_Board). Se você não deseja usar salas, pode simplesmente selecioná-la e deletá-la. Caso contrário, selecione-a e arraste seu canto superior direito para que sua área cubra a placa.

Você pode notar que há dois documentos de PCB neste projeto - PBUSER.PcbDoc, que é este PCB, e PBUSERPanel.PcbDoc. PBUSERPanel.PcbDoc é uma versão panelizada dois por dois do design principal do PCB, usando um Array de Placas Embutidas. Como se refere ao PCB principal, é necessário fazer muito pouca modificação. O próprio Array Embutido precisa ser atualizado para apontar para o novo documento de PCB. Isso é feito clicando duas vezes no array (que parece um pequeno retângulo cinza) e especificando o novo nome do arquivo PCB:

Quando o array aponta para a nova placa em branco, você pode vê-las adequadamente dentro do painel:

Neste ponto, quaisquer cadeias de texto que se refiram a “PB30” também devem ser alteradas para refletir o nome desta nova placa. Você poderia até optar por usar cadeias especiais como substituição, para que possam ser atualizadas automaticamente a partir de um parâmetro do projeto - especialmente útil se isso for usado como um modelo para muitos novos designs.

Além disso, o código de barras na camada Top Overlay é simplesmente uma string com fonte de código de barras. Para placas Altium, é simplesmente o nome da placa. Neste caso, deve ser atualizado para PBUSER, mas você pode fazê-lo corresponder a qualquer nome que sua placa periférica terá.

Criando o modelo

Uma vez que os arquivos atualizados e o projeto tenham sido todos salvos, eles estão prontos para serem usados como base para qualquer novo design de placa periférica personalizada. Eles também podem ser usados juntos como um modelo de projeto, copiando o projeto e seus arquivos para a pasta Templates da instalação do Altium. Então, a partir do painel Files no Altium, clique em PCB Projects, e na área New From Template clique em PCB Projects... e procure pelo projeto PBUSER.PrjPcb na pasta Templates. Quando você salvar o novo projeto criado, será solicitado que escolha um novo local para salvar o projeto e todos os documentos fonte do modelo.

Troca de pinos e o NanoConnector

Um dos principais benefícios de usar este modelo é que o componente esquemático representando o Nanoconector usado para interface com o NB3000 ou NB2 host é pré-configurado com todas as atribuições de pinos apropriadas para as IOs de função fixa do host, como Áudio, SPI, I2C e o relógio do host. Além disso, as cadeias JTAG rígidas e flexíveis do sistema são roteadas para o Nanoconector da placa periférica junto com uma linha de habilitação, tornando extremamente fácil adicionar FPGAs extras, microcontroladores ou dispositivos de varredura de limite ao sistema. Claro, os trilhos de fornecimento de energia do também são fornecidos. As tensões disponíveis são 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3.3V e 5V.

Além dos IOs de função fixa, um lado do Nanoconector é dedicado a IOs digitais de propósito geral, que, em última análise, se conectam ao FPGA do usuário no NB3000 (ou NB2). Esses pinos no componente Nanoconector no design (designados HDR1) são todos pré-configurados para serem intercambiáveis. Isso é especialmente útil, pois o roteamento ao redor do conector pode ser bastante denso devido ao seu passo fino. Não há truque mágico para usar essa capacidade - no exemplo mostrado abaixo, o trocador de pinos foi executado a partir de Ferramentas» Troca de Pin/Parte» Otimizador Automático de Rede/Pino, e as alterações resultantes foram alimentadas de volta ao esquemático através do processo de ECO reverso usando Design» Atualizar Esquemáticos Em <projeto>.

Você pode achar útil executar o trocador de pinos várias vezes ao longo do processo de roteamento da placa, à medida que seu trabalho de trilhas se aproxima dos pontos de conclusão. Isso ajuda a remover cruzamentos e acelera muito o processo de criação do seu periférico personalizado. O exemplo acima foi completado em apenas alguns dias, e uma visão 3D é mostrada abaixo:

Um ponto final e muito importante sobre o Nanoconector é que ele está disponível pela Altium em qualquer lugar do mundo a um custo baixo (e com descontos por volume). O número do pedido para este conector na placa periférica é 99-400-NBC (um tubo com nove conectores é fornecido).

...e chegando no próximo mês!

Bem, isso conclui a primeira parte desta dica técnica. E uma vez que você tenha passado por esse processo e criado o seu template, e claro, personalizado com os logotipos da sua própria empresa, etc., é simples criar quantas placas periféricas personalizadas você quiser.

Na próxima parte desta Dica Técnica, você descobrirá os aspectos "suaves" de usar sua nova placa personalizada com um - como criar um arquivo de restrições reutilizável, dar personalidade ao cartão com o PROM de 1-fio, e criar um plug-in de porta correspondente para usar com seus projetos de FPGA.