Проектирование схем на системном уровне в электронике с использованием Altium Designer

Проектирование на уровне системы электроники позволяет сосредоточиться на функциональности и абстракции

Повседневная жизнь инженера по компоновке печатных плат заключается в том, чтобы преобразовывать схемы в реальные, производимые печатные платы. Прежде чем это станет возможным, проектирование начинается с абстрактного уровня, который сосредоточен на разработке функциональности. По мере продвижения общего процесса проектирования требования к дизайну становятся более детализированными, достигая уровня обработки сигналов и, в конечном итоге, уровня компонентов. Конструкторы и инженеры, занятые созданием уникальной функциональности для своих новых систем, нуждаются в функциях проектирования, которые позволяют им работать на уровне обработки сигналов, создавая новые продукты для передовых приложений.

Почему начинать с системного уровня?

Новые области технологий требуют значительной обработки сигналов, и это необходимо определить на системном уровне, прежде чем оно достигнет уровня компонентов. Такие области, как автомобильные и БПЛА радары, телекоммуникации и оптоволоконные сети, промышленное управление, сбор и обработка данных с датчиков и многие другие приложения смешанных сигналов должны быть знакомыми примерами. Как только необходимые шаги обработки сигналов определены и отточены, конструкторы и инженеры могут определить, какие компоненты им нужны для реализации этих функций на схематическом и платном уровнях.

Широкий набор инструментов для моделирования в Altium Designer^® идеально подходит для работы на системном уровне. Разработчики получат свободу для проектирования шагов обработки сигналов на системном уровне с высоким уровнем абстракции. Как только вы определите функции, необходимые для реализации требуемых шагов обработки сигналов, у вас будет доступ к широкому спектру компонентов для реализации этой функциональности на уровне компонентов. Давайте посмотрим, как это работает в Altium Designer.

Проектирование на системном уровне в Altium Designer

Проектирование на системном уровне в Altium Designer начинается с новой схемы. Здесь вы можете получить доступ ко всем доступным функциям моделирования схем, которые доступны в библиотеке компонентов. Если вы создадите новый проект и пустую схему, вы сможете начать добавлять модели для симуляции в вашу схему и проектировать уникальную функциональность и шаги обработки сигналов.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

На изображении ниже я создал простую блок-схему, используя стандартные инструменты моделирования и симуляции в Altium Designer. Здесь я включил обратную связь с использованием сумматора, и мои предполагаемые шаги обработки сигналов включены с двумя блоками обработки (обозначены как ABM1), которые будут описаны в ближайшее время.

Блок-схема для проектирования шагов обработки сигналов

На приведенном выше изображении вы заметите, что я открыл панель компонентов и загрузил ряд стандартных библиотек. Я выделил красной рамкой соответствующие библиотеки симуляции и моделирования. Эти библиотеки позволяют вам получить доступ к ряду стандартных моделей симуляции, таких как источники напряжения/тока (кусочно-линейные, произвольные, синусоидальные и управляемые напряжением/током источники). Вы также можете получить доступ к ряду математических функций. Я использовал функцию Сложения Напряжений (обозначена как M_IN, идентификатор дизайна ADDV) для создания моей обратной связи.

В дополнение к этим моделям симуляции, вы можете получить доступ к важным инструментам проектирования систем в библиотеках Simulation Special Function.IntLib и Simulation PSpice Functions.IntLib. Эти библиотеки содержат ряд стандартных специальных функций схем, произвольную S-параметрическую модель и настраиваемую модель выражений. Я использовал настраиваемую модель выражений с одним портом (ABM1), хотя доступны версии с двумя и тремя портами.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Определение этапов обработки

Каждая из показанных выше моделей настраиваема. Синусоидальный источник на 1 МГц, который я добавил в свою модель, имеет небольшое затухание (0,5 рад в секунду), чтобы симулировать ослабление вдоль цепи сигнала, и источнику была задана амплитуда 1 В. Есть и другие параметры, которые можно настроить, такие как смещение постоянного тока, фаза и задержка. Вы также можете использовать это для определения импульсного источника, который я собираюсь исследовать в ближайшее время.

Каждую из моделей в симуляции можно настроить, щелкнув по модели на схеме и открыв панель свойств с правой стороны редактора схем. Если прокрутить вниз до конца панели, вы увидите запись «Модели». Щелкните по записи в списке и нажмите кнопку редактирования, чтобы открыть диалоговое окно Редактора модели симуляции. Это окно показано ниже; вы сможете изменить важные параметры в модели в этом окне. Если вы сделаете это с блоком ABM1, вы сможете определить пользовательские математические выражения для этапов обработки сигнала.

Редактор модели симуляции в Altium Designer

Запуск симуляций

После того, как вы определили необходимые этапы обработки, вы готовы запустить некоторые анализы симуляции. Я собираюсь исследовать поведение моей схемы при подаче синусоидального источника и повторяющегося импульсного источника, оба из которых можно получить в редакторе Sim Model. Вам нужно будет создать профиль MixedSim (см. список доступных анализов здесь), который определяет, какие симуляции вы хотите запустить со своей схемой.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Мои результаты переходного анализа с 1 МГц синусоидальным источником показаны ниже. Из результатов видно, как блоки ABM изменяют сигнал при его входе в петлю обратной связи и компенсируют затухание; видно, что переходная характеристика в цепи сигнала восстанавливает выходной сигнал до его полного уровня через петлю обратной связи.

Результаты симулированного переходного анализа с 1 МГц синусоидальным источником

Я также переключил источник на повторяющийся импульсный источник. Как показано в результататах переходного анализа ниже, источник нарастает до полного уровня и кратковременно удерживает входное напряжение на полной мощности. Переходная характеристика в петле обратной связи становится более очевидной, когда в симуляции используется повторяющийся импульсный источник.

Результаты симулированного переходного анализа с 1 МГц импульсным источником

Я также включил анализ Фурье в своем профиле MixedSim, и симулятор автоматически генерирует эти результаты за весь показанный временной интервал в результататах во временной области. Гармонический состав показан на изображении ниже. Моя цепь сигналов генерирует субгармонические частотные компоненты, что указывает на наличие частотных компонентов на различных долях 1 МГц в частотной области.

Этот скромный блок обработки сигналов лишь затрагивает верхушку айсберга возможностей, доступных с моделями симуляции в Altium Designer^®. Инструменты проектирования на уровне электронных систем, показанные здесь, и стандартные в индустрии инструменты анализа в Altium Designer предоставляют вам полное решение для проектирования электроники. Вы также получите доступ к лучшим в отрасли функциям захвата схем, размещения и планирования производства в единой среде проектирования.

Теперь вы можете скачать бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли инструментах для размещения, симуляции и планирования производства. Свяжитесь с экспертом Altium сегодня, чтобы узнать больше.