Thiết kế Mạch Điện tử Cấp Độ Hệ thống trong Altium Designer

Thiết kế ở cấp độ hệ thống điện tử cho phép bạn tập trung vào chức năng và trừu tượng hóa

Cuộc sống hàng ngày của một kỹ sư bố trí PCB chủ yếu là chuyển đổi sơ đồ mạch thành một PCB có thể sản xuất được thực sự. Trước khi điều này xảy ra, các thiết kế bắt đầu ở một cấp độ trừu tượng, tập trung vào việc thiết kế chức năng. Khi quá trình thiết kế tiến triển, các yêu cầu thiết kế được làm rõ một cách chi tiết hơn, đạt đến cấp độ xử lý tín hiệu và cuối cùng là cấp độ linh kiện. Các nhà thiết kế và kỹ sư đang bận rộn tạo ra chức năng độc đáo cho các hệ thống mới của họ cần các tính năng thiết kế cho phép họ hoạt động ở cấp độ xử lý tín hiệu để xây dựng các sản phẩm mới cho các ứng dụng tiên tiến.

Tại sao Bắt đầu từ Cấp độ Hệ thống?

Các lĩnh vực công nghệ mới yêu cầu xử lý tín hiệu đáng kể, và điều này cần được xác định ở cấp độ hệ thống trước khi nó đạt đến cấp độ linh kiện. Các lĩnh vực như ô tô và radar UAV, viễn thông và mạng lưới quang học, kiểm soát công nghiệp, thu thập và xử lý dữ liệu cảm biến và nhiều ứng dụng tín hiệu hỗn hợp khác nên là những ví dụ quen thuộc. Một khi các bước xử lý tín hiệu cần thiết được xác định và hoàn thiện, các nhà thiết kế và kỹ sư có thể xác định những linh kiện nào họ cần để thực hiện các chức năng này ở cấp độ sơ đồ và bảng mạch.

Bộ công cụ mô phỏng rộng lớn trong Altium Designer^® là lý tưởng cho việc làm việc ở cấp độ hệ thống. Các nhà thiết kế sẽ có tự do thiết kế các bước xử lý tín hiệu ở cấp độ hệ thống với mức độ trừu tượng cao. Một khi bạn đã xác định được các chức năng cần thiết để thực hiện các bước xử lý tín hiệu của mình, bạn sẽ có quyền truy cập vào một loạt các thành phần để thực hiện chức năng này ở cấp độ thành phần. Hãy cùng xem cách thức hoạt động này trong Altium Designer.

Thiết kế Hệ thống Điện tử ở Cấp độ Hệ thống trong Altium Designer

Thiết kế ở cấp độ hệ thống trong Altium Designer bắt đầu trong một sơ đồ mới. Đây là nơi bạn có thể truy cập tất cả các chức năng mô phỏng mạch có sẵn, được cung cấp trong thư viện thành phần. Nếu bạn tạo một dự án mới và một sơ đồ trống, bạn có thể bắt đầu thêm các mô hình mô phỏng vào sơ đồ của mình và thiết kế chức năng độc đáo và các bước xử lý tín hiệu.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Trong hình dưới đây, tôi đã tạo một sơ đồ khối đơn giản sử dụng các công cụ mô phỏng và mô hình hóa tiêu chuẩn trong Altium Designer. Tôi đã bao gồm một vòng lặp phản hồi ở đây sử dụng một bộ cộng, và các bước xử lý tín hiệu mà tôi dự định được bao gồm với hai khối xử lý (được ghi nhãn là ABM1), sẽ được mô tả ngắn gọn sau.

Sơ đồ khối cho việc thiết kế các bước xử lý tín hiệu

Trong hình ảnh trên, bạn sẽ thấy tôi đã mở bảng Components và tải một số thư viện tiêu chuẩn. Tôi đã khoanh tròn các thư viện mô phỏng và mô hình liên quan trong hộp màu đỏ. Những thư viện này cho phép bạn truy cập vào một số mô hình mô phỏng tiêu chuẩn, như nguồn điện áp/dòng điện (tuyến tính từng phần, tùy ý, hình sin, và nguồn điều khiển điện áp/dòng điện). Bạn cũng có thể truy cập vào một số hàm toán học. Tôi đã sử dụng chức năng Cộng Điện Áp (được ghi nhãn là M_IN, mã thiết kế ADDV) để tạo vòng lặp phản hồi của mình.

Ngoài những mô hình mô phỏng này, bạn có thể truy cập vào các công cụ thiết kế hệ thống quan trọng trong các thư viện Simulation Special Function.IntLib và Simulation PSpice Functions.IntLib. Những thư viện này chứa một số chức năng mạch đặc biệt tiêu chuẩn, một mô hình S-parameter tùy ý, và một mô hình biểu thức tùy chỉnh. Tôi đã sử dụng mô hình biểu thức tùy chỉnh 1-cổng (ABM1), mặc dù có sẵn các phiên bản 2-cổng và 3-cổng.

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Định Nghĩa Các Bước Xử Lý

Mỗi mô hình được hiển thị ở trên đều có thể tùy chỉnh. Nguồn sin 1 MHz tôi đã thêm vào mô hình của mình có một số giảm xóc nhỏ được áp dụng (0,5 rad mỗi giây) để mô phỏng sự suy giảm dọc theo chuỗi tín hiệu, và nguồn đã được đặt một biên độ là 1 V. Có những tham số khác có thể được tùy chỉnh, như độ lệch DC, pha, và độ trễ. Bạn cũng có thể sử dụng điều này để định nghĩa một nguồn xung, điều mà tôi sẽ nghiên cứu trong chốc lát.

Mỗi mô hình trong mô phỏng có thể được tùy chỉnh bằng cách nhấp vào mô hình trong sơ đồ và mở bảng Thuộc tính ở phía bên phải của trình chỉnh sửa sơ đồ. Nếu bạn cuộn xuống phía dưới của bảng, bạn sẽ thấy một mục cho “Mô hình”. Nhấp vào mục trong danh sách và nhấp vào nút chỉnh sửa để mở hộp thoại Trình chỉnh sửa Mô hình Sim. Cửa sổ này được hiển thị bên dưới; bạn sẽ có thể chỉnh sửa các tham số quan trọng trong mô hình trong cửa sổ này. Nếu bạn làm điều này với khối ABM1, bạn sẽ có thể định nghĩa các biểu thức toán học tùy chỉnh cho các bước xử lý tín hiệu của mình.

Trình chỉnh sửa Mô hình Sim trong Altium Designer

Chạy Mô phỏng

Sau khi bạn đã xác định các bước xử lý cần thiết, bạn sẽ sẵn sàng để chạy một số phân tích mô phỏng. Tôi sẽ xem xét hành vi của mạch của mình khi được kích thích bởi một nguồn sóng sin và một nguồn xung lặp lại, cả hai đều có thể truy cập trong trình chỉnh sửa Sim Model. Bạn cần tạo một hồ sơ MixedSim (xem danh sách các phân tích có sẵn tại đây) để xác định những mô phỏng nào bạn muốn chạy với sơ đồ của mình.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Kết quả phân tích chuyển tiếp của tôi với nguồn sóng sin 1 MHz được hiển thị bên dưới. Từ kết quả, bạn có thể thấy cách các khối ABM chỉnh sửa tín hiệu khi nó đi vào vòng lặp phản hồi và bù đắp sự suy giảm; người ta có thể thấy rằng phản ứng chuyển tiếp trong chuỗi tín hiệu khôi phục đầu ra về mức đầy đủ thông qua vòng lặp phản hồi.

Kết quả phân tích chuyển tiếp mô phỏng với nguồn sóng sin 1 MHz

Tôi cũng đã chuyển nguồn sang một nguồn xung lặp lại. Như kết quả phân tích chuyển tiếp dưới đây cho thấy, nguồn tăng lên mức đầy đủ và giữ ngắn gọn điện áp đầu vào ở sức mạnh đầy đủ. Phản ứng chuyển tiếp trong vòng lặp phản hồi trở nên rõ ràng hơn khi sử dụng nguồn xung lặp lại trong mô phỏng.

Kết quả phân tích chuyển tiếp mô phỏng với nguồn xung 1 MHz

Tôi cũng đã kích hoạt phân tích Fourier trong hồ sơ MixedSim của mình, và bộ mô phỏng tự động tạo ra các kết quả này trên toàn bộ khung thời gian được hiển thị trong kết quả miền thời gian ở trên. Nội dung hài hòa được hiển thị trong hình dưới đây. Chuỗi tín hiệu của tôi tạo ra các thành phần tần số phụ hài, điều này được chỉ ra bởi sự hiện diện của các thành phần tần số ở các phân số khác nhau của 1 MHz trong miền tần số.

Khối xử lý tín hiệu khiêm tốn này chỉ mới chạm vào bề mặt của những gì có thể thực hiện với các mô hình mô phỏng trong Altium Designer^®. Các công cụ thiết kế hệ thống điện tử cấp độ hệ thống được hiển thị ở đây và các công cụ phân tích tiêu chuẩn của ngành trong Altium Designer cung cấp cho bạn một giải pháp thiết kế điện tử hoàn chỉnh. Bạn cũng sẽ có quyền truy cập vào các tính năng nắm bắt sơ đồ mạch, bố trí và lập kế hoạch sản xuất tốt nhất của ngành trong một môi trường thiết kế thống nhất.

Giờ đây bạn có thể tải về bản dùng thử miễn phí của Altium Designer và tìm hiểu thêm về các công cụ bố trí, mô phỏng và lập kế hoạch sản xuất tốt nhất của ngành. Nói chuyện với một chuyên gia Altium hôm nay để tìm hiểu thêm.