Thiết kế Bảng Phụ kiện NanoBoard Tùy chỉnh

Phần 1: Tạo mẫu bo mạch ngoại vi của riêng bạn

Trong phần đầu tiên của mẹo kỹ thuật hai phần này, chúng ta sẽ xem xét cách bắt đầu thiết kế PCB, bắt đầu với thiết kế tham chiếu PB30 và chỉnh sửa nó để tạo thành một mẫu cho bo mạch ngoại vi tùy chỉnh của bạn. Cùng với đó, chúng ta sẽ thảo luận về một số kết nối IO có sẵn cho các ngoại vi tùy chỉnh.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về quy trình đăng ký và cách bắt đầu với các thiết kế FPGA sử dụng bo mạch ngoại vi mới bạn đã tạo.

NB2 và NB3000 được nhiều trường kỹ thuật, cá nhân và đội ngũ thiết kế doanh nghiệp sử dụng để khám phá và hiện thực hóa các ý tưởng thiết kế mới.

NB3000 trở nên đặc biệt phổ biến, không chỉ vì giá cả phải chăng mà còn nhờ vào bộ sưu tập đa dạng các thiết bị và tùy chọn IO. Bao gồm USB (Host và Slave), đèn LED RGB, màn hình cảm ứng TFT, công tắc rơle cách ly, ADCs, DACs, RS-485, RS-232, Ethernet, MIDI, SVGA và âm thanh độ nét cao IO - chỉ để kể tên một vài!

Cả hai NanoBoard đều là bảng phát triển có khả năng mở rộng, có vị trí gắn bảng con ngoại vi để thêm khả năng IO. Tại thời điểm viết bài mẹo kỹ thuật này, có bốn bảng ngoại vi có sẵn từ Altium: bảng kích thước đầy đủ PB01 (codec âm thanh, IO video tương tự), PB02 (bảng lưu trữ hàng loạt với SD, CF, ATA, v.v.), PB03 (Ethernet, USB, IrDA), và PB30 - một bảng kích thước đầy đủ với kết nối cần thiết đến NB2/NB3000 và nhiều khu vực chế tạo mạch phụ trợ đơn giản khác nhau.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Trong khi bảng mẫu là điểm xuất phát tuyệt vời để thử nghiệm các mạch đơn giản với kết nối đến NanoBoard NB3000, việc thiết kế bảng ngoại vi của riêng bạn mang lại cho bạn khả năng không giới hạn.

Trong phần đầu tiên của loạt bài hướng dẫn kỹ thuật này gồm hai phần, chúng ta sẽ xem xét cách bắt đầu thiết kế PCB, bắt đầu với thiết kế tham chiếu PB30 và chỉnh sửa nó để tạo thành một mẫu cho bo mạch phụ trợ tùy chỉnh của bạn. Cùng với đó, chúng ta sẽ thảo luận về một số kết nối IO có sẵn cho các phụ trợ tùy chỉnh. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về quy trình đăng ký và cách bắt đầu với thiết kế FPGA sử dụng bo phụ trợ mới bạn đã tạo.

Chuẩn bị các tệp bo phụ trợ

Bước đầu tiên là xây dựng mẫu cho bo phụ trợ, và trong hướng dẫn kỹ thuật này, chúng ta sẽ dựa vào PB30, bởi vì bo mạch này được định hướng sao cho Altium Nanoconnector ở góc trên bên trái, và phần silkscreen thường hiển thị đúng chiều khi nó được cắm vào NanoBoard NB3000. Nếu bạn sử dụng NanoBoard NB2, không gian bo phụ trợ kích thước đầy đủ nằm ở phía trên, trong trường hợp đó bo PB-01 (Âm thanh, Video) sẽ là một lựa chọn tốt, vì hướng của nó được xoay 180 độ.

Phiên bản hiện tại của Altium có vị trí mặc định của thiết kế tham chiếu PB30 tại “C:\Program Files\Altium Summer 09\Examples\Reference Designs\PB30\”.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Sao chép toàn bộ thư mục cho bo mạch phụ trợ và đổi tên nó cho mẫu của bạn. Trong trường hợp này, chúng tôi đã gọi nó là PBUSER:

Ngoài ra, bạn cũng nên đổi tên các tệp thực tế trong dự án. Một cách nhanh chóng để làm điều này là sử dụng lệnh RENAME quen thuộc của DOS với một số ký tự đại diện:

Bây giờ, nếu bạn mở Dự án PBUSER.PrjPCB trong Altium, bạn sẽ nhận được cảnh báo cho mỗi tài liệu trước đây là thành viên của dự án rằng nó không còn được tìm thấy nữa và sẽ được loại bỏ.

Điều này là bởi vì chúng tôi đã đổi tên từng tệp đó (một cách phù hợp). Điều đó không sao, vì tất cả những gì chúng ta cần làm là thêm chúng vào dự án lại một lần nữa bằng cách sử dụng lệnh Dự án» Thêm Hiện Hữu vào Dự án..., chọn tất cả các tệp PBUSER*.* và nhấn OK.

Bây giờ, chúng tôi có một bản sao hoàn chỉnh của PB30, sự khác biệt duy nhất là dự án và tất cả các tệp của nó đã được đổi tên.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Bước tiếp theo là loại bỏ khu vực chế tạo mẫu từ thiết kế. Điều đó tương đối dễ dàng vì thực tế đó là một thành phần mà chúng ta có thể loại bỏ từ sơ đồ mạch được chỉ định là PROTO1. Thiết kế tham khảo PB30 cũng chứa một thành phần sơ đồ mạch là tham chiếu đến PCB đã được sản xuất. Điều này cho phép tạo ra một bộ lắp ráp hoàn chỉnh nơi PCB chính là một trong những thành phần cần thiết để lắp ráp sản phẩm. Tuy nhiên, trong mẫu mà chúng ta đang tạo, nó không còn liên quan nữa, vì vậy chúng ta sẽ xóa bỏ nó.

Thiết kế PB30 cũng bao gồm PROM 1-wire được sử dụng để đăng ký và xác định ID của bảng mạch với Altium, điều này cho phép các ràng buộc cho thiết kế FPGA được tự động cấu hình - chúng tôi sẽ giữ lại phần này trong thiết kế vì chúng tôi muốn có khả năng này cho PB tùy chỉnh của mình. Sau khi chúng tôi đã xóa bỏ những thứ không cần thiết khỏi sơ đồ, nhấp vào Design» Update PCB Document PBUSER.PcbDoc sẽ khởi chạy quy trình ECO để đẩy các thay đổi đến PCB và cuối cùng, loại bỏ những thứ không mong muốn. Khi thực hiện lệnh này, bạn có thể nhận được cảnh báo rằng một số linh kiện không thể được khớp nối bằng ID duy nhất. Trong trường hợp đó, nhấp vào Yes để cho phép quá trình đồng bộ tiếp tục. Tương tự, nếu bạn được yêu cầu khớp nối các lớp linh kiện, nhấp vào No. (Những vấn đề này cũng sẽ được giải quyết đơn giản bằng cách chạy quy trình ECO.)

Bạn có thể thấy khi bạn xem ECO trước khi thực hiện nó rằng nó sẽ loại bỏ tất cả các pad linh kiện không cần thiết khỏi danh sách mạng, dấu chân linh kiện PROTO1 (là toàn bộ khu vực chế tạo mẫu), cũng như lớp linh kiện và phòng thừa. Một lớp linh kiện mới và một phòng mới, cả hai đều được đặt tên từ các tệp thiết kế mới, sẽ được thêm vào. Thực hiện ECO hoàn tất quy trình này và mở thiết kế PCB đã cập nhật.

Bạn có thể thấy ở đây rằng các đường mạch gốc từ khu vực chế tạo mẫu vẫn còn, bao gồm cả hình giọt nước. Chúng ta có thể loại bỏ các đường mạch bằng cách sử dụng Công cụ» Hủy Định Tuyến» Tất cả. Để loại bỏ hình giọt nước, chúng ta cần chọn lasso chúng và đơn giản chỉ cần nhấn Xóa.

Như một phần của quy trình ECO, một Phòng mới đã được thêm vào bảng mạch, được đặt tên theo sơ đồ cấp cao nhất (trong trường hợp này PBUSER Double_Sized_Proto_Board). Nếu bạn không muốn sử dụng phòng, bạn chỉ cần chọn và xóa nó. Nếu không, hãy chọn nó và kéo góc trên bên phải của nó sao cho khu vực của nó phủ kín bảng mạch.

Bạn có thể nhận thấy có hai tài liệu PCB trong dự án này - PBUSER.PcbDoc là PCB này, và PBUSERPanel.PcbDoc. PBUSERPanel.PcbDoc là phiên bản ghép bốn PCB chính, sử dụng Mảng Bảng Mạch Nhúng. Vì nó liên quan đến PCB chính, rất ít sửa đổi cần thiết phải được thực hiện. Chính Mảng Nhúng cần được cập nhật để chỉ đến tài liệu PCB mới. Điều này được thực hiện bằng cách nhấp đúp vào mảng (trông giống như một hình chữ nhật màu xám nhỏ) và chỉ định tên tệp PCB mới:

Khi mảng trỏ đến bảng mạch trống mới, bạn có thể thấy chúng một cách rõ ràng trong bảng điều khiển:

Tại thời điểm này, bất kỳ chuỗi văn bản nào đề cập đến “PB30” cũng nên được thay đổi để phản ánh tên của bảng mạch mới này. Bạn thậm chí có thể chọn sử dụng các chuỗi đặc biệt làm thay thế để chúng có thể được cập nhật tự động từ một tham số dự án - đặc biệt hữu ích nếu điều này được sử dụng như một mẫu cho nhiều thiết kế mới.

Ngoài ra, mã vạch trên lớp Phủ Đỉnh chỉ đơn giản là một chuỗi với phông chữ mã vạch. Đối với các bảng mạch của Altium, đó đơn giản là tên của bảng mạch. Trong trường hợp này, nó nên được cập nhật thành PBUSER, nhưng bạn có thể làm cho nó phù hợp với bất kỳ tên phần bảng mạch phụ trợ nào mà bạn sẽ có.

Tạo mẫu

Sau khi các tệp và dự án được cập nhật đã được lưu, chúng sẵn sàng để được sử dụng làm cơ sở cho bất kỳ thiết kế bo mạch phụ trợ tùy chỉnh mới nào. Chúng cũng có thể được sử dụng cùng nhau như một mẫu dự án, bằng cách sao chép dự án và các tệp của nó vào thư mục Templates của cài đặt Altium. Sau đó, từ bảng Files trong Altium, nhấp vào PCB Projects, và trong khung New From Template nhấp vào PCB Projects... và tìm dự án PBUSER.PrjPcb trong thư mục Templates. Khi bạn lưu dự án mới được tạo, bạn sẽ được nhắc chọn một vị trí mới để lưu dự án và tất cả các tài liệu nguồn từ mẫu.

Hoán đổi chân và NanoConnector

Một trong những lợi ích chính khi sử dụng mẫu này là linh kiện sơ đồ biểu diễn Nanoconnector được sử dụng để kết nối với NB3000 hoặc NB2 host đã được cấu hình trước với tất cả các phân công chân phù hợp cho các IO chức năng cố định của host, như Audio, SPI, I2C, và đồng hồ của host. Ngoài ra, các chuỗi JTAG cứng và mềm của hệ thống được định tuyến đến Nanoconnector của bảng ngoại vi cùng với một dòng kích hoạt, làm cho việc thêm các FPGA, vi điều khiển hoặc thiết bị quét ranh giới vào hệ thống trở nên dễ dàng. Tất nhiên, các đường ray cung cấp điện của cũng được cung cấp. Các điện áp có sẵn là 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3.3V, và 5V.

Ngoài các IO chức năng cố định, một bên của Nanoconnector được dành riêng cho các IO kỹ thuật số đa năng, cuối cùng kết nối với FPGA của người dùng trên NB3000 (hoặc NB2). Các chân trên thành phần Nanoconnector trong thiết kế (được chỉ định là HDR1) đều được cấu hình sẵn để có thể hoán đổi. Điều này đặc biệt hữu ích vì việc định tuyến xung quanh bộ kết nối có thể khá dày đặc do khoảng cách nhỏ giữa các chân. Không có mánh khóe nào để sử dụng khả năng này - trong ví dụ dưới đây, công cụ hoán đổi chân đã được thực hiện từ Công cụ» Hoán đổi Chân/Bộ phận» Tối ưu hóa Tự động Mạch/Chân, và các thay đổi kết quả được phản hồi lại cho sơ đồ thông qua quá trình ECO ngược sử dụng Thiết kế» Cập nhật Sơ đồ trong <project>.

Bạn có thể thấy rằng việc thực hiện hoán đổi chân nhiều lần trong quá trình định tuyến bảng mạch, khi công việc của bạn đang tiến gần đến các điểm hoàn thành, là hữu ích. Điều này giúp loại bỏ các chéo nhau và tăng tốc độ quá trình tạo ra phụ kiện tùy chỉnh của bạn. Ví dụ trên được hoàn thành chỉ trong vài ngày, và một hình ảnh 3D được hiển thị bên dưới:

Một điểm cuối cùng và rất quan trọng về Nanoconnector là nó có sẵn từ Altium ở bất cứ đâu trên thế giới với chi phí thấp (và có giảm giá theo số lượng). Mã đặt hàng cho bộ kết nối này trên bảng phụ trợ là 99-400-NBC (một ống chứa chín bộ kết nối được cung cấp).

...và sẽ ra mắt vào tháng tới!

Vậy là chúng ta đã kết thúc phần đầu tiên của mẹo công nghệ này. Và sau khi bạn đã trải qua quá trình này và tạo ra mẫu của mình, và tất nhiên là đã cá nhân hóa nó với logo công ty của bạn, etc., việc tạo ra nhiều bảng phụ trợ tùy chỉnh theo ý bạn là chuyện đơn giản.

Trong phần tiếp theo của Mẹo Công Nghệ này, bạn sẽ khám phá những khía cạnh "mềm" của việc sử dụng bảng mới tùy chỉnh của mình với - cách tạo một tệp ràng buộc có thể tái sử dụng, cho thẻ một cá tính với PROM 1-dây, và tạo một cổng plug-in phù hợp để sử dụng với các dự án FPGA của bạn.