Projeto de Engenharia de Circuitos em Nível de Sistema Eletrônico no Altium Designer

O design no nível do sistema eletrônico permite que você se concentre na funcionalidade e abstração

A vida cotidiana de um engenheiro de layout de PCB é toda sobre traduzir esquemáticos em uma PCB real e fabricável. Antes que isso possa acontecer, os designs começam em um nível abstrato que se concentra em projetar a funcionalidade. À medida que o processo de design avança, os requisitos de design são tornados mais granulares, alcançando o nível de processamento de sinal e, eventualmente, o nível de componente. Designers e engenheiros que estão ocupados criando funcionalidades únicas para seus novos sistemas precisam de recursos de design que lhes permitam operar no nível de processamento de sinal construindo novos produtos para aplicações avançadas.

Por Que Começar no Nível do Sistema?

Áreas mais recentes da tecnologia requerem um processamento de sinal significativo, e isso precisa ser determinado no nível do sistema antes de chegar ao nível de componente. Áreas como radar automotivo e de UAV, telecomunicações e redes de fibra, controle industrial, aquisição e processamento de dados de sensores e muitas outras aplicações de sinal misto devem ser exemplos familiares. Uma vez que os passos de processamento de sinal necessários são determinados e aperfeiçoados, os designers e engenheiros podem determinar quais componentes eles precisam para implementar essas funções nos níveis esquemático e de placa.

O conjunto abrangente de ferramentas de simulação no Altium Designer^® é ideal para trabalhar no nível do sistema. Os designers terão a liberdade de projetar etapas de processamento de sinal no nível do sistema com um alto nível de abstração. Uma vez que você tenha determinado as funções necessárias para implementar suas etapas de processamento de sinal requeridas, você terá acesso a uma ampla gama de componentes para implementar essa funcionalidade no nível do componente. Vamos dar uma olhada em como isso funciona no Altium Designer.

Design de Sistema Eletrônico no Altium Designer

O design no nível do sistema no Altium Designer começa em um novo esquemático. É aqui que você pode acessar todas as funções de simulação de circuito disponíveis, que estão disponíveis na biblioteca de componentes. Se você criar um novo projeto e um esquemático em branco, você pode começar a adicionar modelos de simulação ao seu esquemático e projetar funcionalidades únicas e etapas de processamento de sinal.

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Na imagem abaixo, criei um diagrama de blocos simples usando as ferramentas padrão de simulação e modelagem no Altium Designer. Incluí aqui um loop de feedback usando um somador, e minhas etapas de processamento de sinal pretendidas estão incluídas com dois blocos de processamento (rotulados ABM1), que serão descritos em breve.

Diagrama de blocos para projetar etapas de processamento de sinal

Na imagem acima, você notará que abri o painel de Componentes e carreguei várias bibliotecas padrão. Eu destaquei as bibliotecas relevantes de simulação e modelagem na caixa vermelha. Essas bibliotecas permitem que você acesse uma série de modelos de simulação padrão, como fontes de tensão/corrente (linear por partes, arbitrária, senoidal e fontes controladas por tensão/corrente). Você também pode acessar uma série de funções matemáticas. Eu usei uma função de Adicionar Tensões (rotulada M_IN, ID de design ADDV) para criar meu loop de feedback.

Além desses modelos de simulação, você pode acessar ferramentas importantes de design de sistemas nas bibliotecas Simulation Special Function.IntLib e Simulation PSpice Functions.IntLib. Essas bibliotecas contêm uma série de funções especiais de circuito padrão, um modelo de S-parâmetro arbitrário e um modelo de expressão personalizável. Eu usei o modelo de expressão personalizável de 1-porta (ABM1), embora versões de 2-portas e 3-portas estejam disponíveis.

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Definindo Etapas de Processamento

Cada um dos modelos mostrados acima é personalizável. A fonte senoidal de 1 MHz que adicionei ao meu modelo tem um pequeno amortecimento aplicado (0,5 rad por seg) para simular atenuação ao longo de uma cadeia de sinal, e a fonte foi configurada com uma amplitude de 1 V. Existem outros parâmetros que podem ser personalizados, como deslocamento de CC, fase e atraso. Você também pode usar isso para definir uma fonte pulsada, o que investigarei em breve.

Cada um dos modelos na simulação pode ser personalizado clicando no modelo no esquemático e abrindo o painel de Propriedades no lado direito do editor esquemático. Se você rolar para baixo até o final do painel, verá uma entrada para “Modelos”. Clique na entrada da lista e clique no botão de edição para abrir a janela de diálogo do editor de Modelo de Simulação. Esta janela é mostrada abaixo; você poderá modificar os parâmetros importantes no modelo dentro desta janela. Se você fizer isso com o bloco ABM1, poderá definir expressões matemáticas personalizadas para suas etapas de processamento de sinal.

O editor de Modelo de Simulação no Altium Designer

Executando Simulações

Depois de definir os passos de processamento necessários, você está pronto para executar algumas análises de simulação. Vou examinar o comportamento do meu circuito quando alimentado com uma fonte senoidal e com uma fonte de pulsos repetidos, ambas acessíveis no editor de Modelo de Simulação. Você precisará criar um perfil MixedSim (veja uma lista de análises disponíveis aqui) que define quais simulações você deseja executar com seu esquemático.

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Meus resultados de análise transiente com a fonte senoidal de 1 MHz são mostrados abaixo. A partir dos resultados, você pode ver como os blocos ABM modificam o sinal à medida que ele entra no loop de feedback e compensa a atenuação; pode-se ver que a resposta transiente na cadeia de sinal restaura a saída ao seu nível total através do loop de feedback.

Resultados simulados da análise transiente com uma fonte senoidal de 1 MHz

Também mudei a fonte para uma fonte de pulsos repetidos. Como mostram os resultados da análise transiente abaixo, a fonte aumenta para o nível total e brevemente mantém a tensão de entrada na força total. A resposta transiente no loop de feedback torna-se mais óbvia quando a fonte de pulsos repetidos é usada na simulação.

Resultados simulados da análise transiente com uma fonte pulsada de 1 MHz

Também habilitei a análise de Fourier no meu perfil MixedSim, e o simulador gera automaticamente esses resultados durante toda a janela de tempo mostrada nos resultados do domínio do tempo acima. O conteúdo harmônico é mostrado na imagem abaixo. Minha cadeia de sinal gera componentes de frequência subarmônicos, o que é indicado pela presença de componentes de frequência em várias frações de 1 MHz no domínio da frequência.

Este modesto bloco de processamento de sinal apenas arranha a superfície do que é possível com os modelos de simulação em Altium Designer^®. As ferramentas de design de sistema eletrônico em nível de sistema mostradas aqui e as ferramentas de análise padrão da indústria no Altium Designer oferecem uma solução completa de design eletrônico. Você também terá acesso às melhores funcionalidades de captura esquemática, layout e planejamento de produção da indústria em um ambiente de design unificado.

Agora você pode baixar uma versão de avaliação gratuita do Altium Designer e aprender mais sobre as melhores ferramentas de layout, simulação e planejamento de produção da indústria. Fale com um especialista da Altium hoje para saber mais.