Altium Designer: ¿qué hacer si un proyecto se vuelve complicado?

Saludos! Creo que cualquier ingeniero o simplemente un aficionado / DIY / fabricante involucrado en el desarrollo de la electrónica, está tratando de desarrollar sus habilidades, que crecen con la complejidad de los proyectos. En algún momento, una persona alcanza un nivel en el que le parece que los proyectos se han vuelto muy complejos, requieren mucho tiempo para desarrollarse y usted necesita hacer algo al respecto: necesita optimizar su trabajo. Hoy les diré cómo aumentar la productividad de mi trabajo intelectual en Altium Designer 18 (en lo sucesivo denominado AD o AD18) y ahorrar tiempo, nervios y dinero.

Introduccion

Ahora un poco de información para aquellos que no saben qué es Altium Designer. Este es uno de los tres populares sistemas CAD profesionales que le permiten desarrollar productos electrónicos de prácticamente cualquier complejidad. Los dos paquetes restantes son Mentor Expedition (y PADS probablemente) y Allegro Cadence. Cada uno de estos 3 paquetes tiene sus ventajas y desventajas, así como su especialización condicional. No habrá comparaciones hoy, así que solo diré por qué elegí Altium para mí:

• El excelente diseño y la interfaz reflexiva de este programa es simplemente más allá de la competencia. Solo mira a los competidores y todo queda claro. Sí, el diseño y la usabilidad son importantes cuando pasas varias horas en el trabajo todos los días. También facilita el proceso de aprendizaje para principiantes, porque estudiar en un CAD comprensible y lógico es mucho más fácil;
• La capacidad de trabajar directamente con "titanio" mecánico como SolidWorks. Simplemente podemos abrir el tablero desde AD en sólido y agregarlo como parte del ensamblaje sin pérdida de calidad. Adiós conversión a través de STEP. Para mí, y ciertamente para ti, esto es importante, porque un dispositivo electrónico no es solo una placa con componentes, casi siempre es también un caso. Esta característica le permite hacer fácilmente un modelo de ensamblaje de todo el dispositivo y evitar errores en el diseño y fabricación de moldes por 3-5 mil $ cada uno;
• La presencia de una cantidad suficientemente grande de información en ruso, que proporciona un umbral de entrada bastante bajo. Esta es la razón principal por la que Altium domina en la CEI, y no otra cosa. Trate de encontrar algo en ruso por Mentor o Cadence, inmediatamente quiera aprender a trabajar en ellos;
• En la CEI y Asia, la mayoría de las empresas trabajan en Altium, y en los Estados Unidos tienen una gran cuota de mercado. En Europa, les encanta SolidWorks PCB, que es el mismo AD incorporado. Que da Puede encontrar fácilmente un trabajo si decide trabajar en el campo del desarrollo de la electrónica.

Sí, sí, no hablé sobre todo tipo de funciones de simulación, herramientas y más, pero esto no es necesario. Los 3 sistemas CAD descritos anteriormente desde el punto de vista técnico pueden hacer aproximadamente lo mismo, solo que con diversos grados de conveniencia y muletas.

Quiero aprender a trabajar en Altium, pero me da miedo

Una vez, en el año 2011-2012, tuve la oportunidad de trabajar en AD por primera vez, me pareció genial, pero aterrador, porque en ese momento el inglés era un obstáculo para mí y, en general, no estaba claro cómo trabajar en él. Para superar mi miedo a una gran cantidad de herramientas y funcionalidades, los videos de Comrade me ayudaron. Sabunina (gracias a él), que están en youtube en ruso y describen cosas básicas básicas que te permitieron dar los primeros pasos para dominar. En los últimos 6 años, ha habido aún más información sobre AD en ruso, por lo que el umbral de entrada se ha reducido aún más, así que no tengas miedo y aprende.

Para hacerte más fácil dominar Altium Designer, te ofrezco un par de "pan de jengibre":

• El ciclo de lecciones de video de capacitación está aquí . Los videos tienen una larga duración, pero contienen información completa sobre la función básica (al menos así lo dicen) y permitirán a cualquier estudiante diseñar fácilmente su primer dispositivo;
• Bibliotecas para Altium Designer - aquí . Aquí encontrará todos los componentes pasivos (resistencias, condensadores, etc.), así como una gran cantidad de transistores, diodos y microcircuitos populares, incluidos MK y FPGA. Crear bibliotecas al principio lleva mucho tiempo, por lo que espero ahorrarle mucho tiempo.

Si en el proceso de estudio tiene alguna pregunta y surgen dificultades, puede escribirme en mensajes privados, si es posible, trato de responder a todos.

¿Cuándo se complica un proyecto?

Cualquier proyecto más o menos serio, ya sea el código fuente de un programa o un diagrama de circuito de un dispositivo electrónico, siempre tiene un rasgo después del cual se establece el caos, el proyecto se vuelve incomprensible, es difícil de verificar y probar, se sale de control.
Este límite es individual para cada desarrollador: uno puede comprender perfectamente un dispositivo de 1000 componentes, y el otro comienza a cometer errores y tiene dificultades con un proyecto de 200 componentes. En general, la estimación en el número de componentes electrónicos es un poco subjetiva, pero nos permite comprender la esencia general del problema.

De lo anterior, podemos sacar la siguiente conclusión:

Un proyecto se vuelve complicado cuando se hace necesario que un desarrollador tome medidas para preservar la legibilidad y la comprensión de la fuente del proyecto.

Hasta cierto momento, ciertamente puede anotar cualquier cosa y "dibujar" en el diagrama cualquier cosa y de cualquier manera, por ejemplo, así:


Todo se fusiona, el circuito es descuidado y, en última instancia, esto conducirá a un camino torcido o incorrecto, no se dieron cuenta de inmediato en este caos y, como resultado, cortaron los conductores en las tablas y soldar los mocos.

Veamos una obra maestra más: el circuito arduino hecho en AD:


Como estas Me duele ... Miro a R2 y R3, parece claro que estos son tirantes para I2C, pero ¿dónde está este I2C y qué conector deberían ser un enigma para mí? Tengo que buscarlo largo y tedioso, y este es un circuito con una pequeña cantidad de componentes. y simple, pero ya caos.

Ahora, como alternativa, un ejemplo de mis trabajos (clicable):


Mira el esquema y creo que entiendes de inmediato al menos dónde está la entrada, y dónde está la salida las "flechas" insinúan esto, y no somos árabes, leemos (incluidos los esquemas) de izquierda a derecha. El módulo tiene una función: un filtro trifásico de modo común y nada más. El esquema se realiza con cuidado y ocupa 1 hoja en la documentación. 1 hoja - 1 función.

De hecho, lo que escribí anteriormente es triviales que son importantes y hacen la vida más fácil, pero aún son triviales. Aunque espero que capte la ideología general, ahora resumamos cómo "hacer":

• El principio de encapsulación también es aplicable en los circuitos: cada módulo realiza una única tarea simple . Un módulo suele ser una sola hoja en la documentación, por ejemplo, algunos A3;
• El diagrama del circuito debe realizarse con el mismo estilo y con mucho cuidado. La precisión cuando se trabaja en el futuro dará sus frutos en su totalidad. Y cuando muestre en la entrevista un esquema comprensible y cuidadosamente ejecutado, inmediatamente tendrá una buena impresión. Ven las manos a la vez y generalmente no les gusta;
• No use hojas más grandes que A2, incluso si tiene un par de miles de componentes. Si quieres pegar A1, entonces estás haciendo algo mal. Probablemente necesite seleccionar algunos módulos en el diagrama y transferirlos a una hoja separada.

¿Estás criticando? Sugerir!

Ahora, habiendo criticado a otros, es necesario ofrecer una alternativa "cómo hacerlo". Debe entenderse que la opinión subjetiva del autor descrita en el artículo se basa en la experiencia laboral y su propia visión del mundo.

Propongo hacer como todas las personas normales, es decir, primero haremos una mala versión del esquema a través del culo , y luego heroicamente resolveremos todos los problemas y lo llevaremos a un estado aceptable. Vamos!

Crea un proyecto en Altium Designer. En él, por ejemplo, describiré un convertidor DC / DC de 6 fases. Tendré 6 canales de potencia y 1 MK para controlar todas las fases. Cada canal de potencia se verá así (se puede hacer clic):



El canal de energía en sí mismo lo dibujé correctamente. Si observa detenidamente, tengo una entrada de señal en el circuito: 2 PWM a la izquierda + VCCIN con GND, hay una salida: VCC5V y GND. El módulo mismo realiza una tarea: convierte VCCIN a 5V. Entonces lo hacemos mal ...

Aquí nos encontramos con la primera restricción: un canal ocupa casi toda la hoja de A3, tenemos 6 de ellos, por lo tanto, si aumento la hoja a A2, todavía no cabe. Puede aumentar la hoja a A1 - excelente, por ahora somos desarrolladores sin experiencia, y estamos siguiendo ese camino y observamos la siguiente imagen (se puede hacer clic):



Parece que está claro por ahora: hay 6 piezas del circuito, hay un MK a continuación. Eso es solo el 30% del esquema, ¿qué más se necesita? MK vinculante + comentarios? Por supuesto! ¿Debería el dispositivo comunicarse con el mundo exterior? Por supuesto, agregue RS485. Ahhh, todavía necesita energía para los controladores, es decir, necesita obtener + 12V de VCCIN y agregar CC / CC para esto. Otro MK ... necesita 1 DC / DC más y ahora agrega todo esto - mira (se puede hacer clic):



Está claro qué hay allí? ¿Y si no dije inicialmente sobre la funcionalidad del dispositivo? ¿Y si, además de esto, también pintara torpemente las piezas torpes del circuito? ¿Y si los componentes UGO en las bibliotecas se dibujan inicialmente torcidamente? Miedo? Eso es lo mismo ...

Que hacer

Ahora pensemos ... Hay 150 componentes en este dispositivo, en mis proyectos promedio relacionados con la electrónica de potencia, generalmente son de 1500 a 4000, es decir, la escala del desastre que imaginas cuando hay 10 hojas de A1 como las anteriores y todas están abarrotadas y obstruidas. ¡Los errores son inevitables!

Miramos y pensamos más. Lo primero que debe hacer es formar los módulos. Los tengo todos formados, porque Simplemente los copié de una nave doméstica, pero rompí un módulo: la memoria EEPROM que se ejecuta en I2C. Cometí el mismo error que en el esquema Arduino, cómo hacerlo:



Como puede ver, armé un chip de memoria en un "montón" que bloquea el condensador de potencia, que se mantendrá cerca de él y se elevará a + 3.3V. Ahora no tengo que buscar todos los componentes necesarios para vincular un chip de memoria, de acuerdo con el esquema, todos están en un solo lugar. Por cierto, no es necesario asignar una hoja separada para cada pequeño chip, sin embargo, EEPROM no es un módulo separado, sino una parte de la unión del microcontrolador. MK con flejes: ahora este es un módulo digno de una hoja separada.

Continuemos ... Tenemos partes repetidas del circuito, por ejemplo, 2 canales absolutamente idénticos para retroalimentación en un amplificador operacional (OA), 6 canales de potencia más exactamente idénticos. Esto también se puede optimizar.

Otro pensamiento brillante es que si los 6 canales de inversión son iguales, entonces su rastreo probablemente será el mismo. Esto debe ser usado. ¿Quizás pueda separar los caminos para un módulo, y luego los 5 restantes digan "bueno, repita"? Resulta que AD nos permite simplificar enormemente nuestras vidas.

¡Hagámoslo maravillosamente!

¿Dónde comienza cualquier dispositivo electrónico? Con una idea, por supuesto. ¿Cómo convertir esta idea en algo tangible? Por ejemplo, puede dibujar un diagrama de bloques donde se mostrará la funcionalidad de macro. No es necesario ser muy inteligente, solo una imagen en una pizarra o un trozo de papel:



En la hoja cabe toda la funcionalidad de nuestro dispositivo. En primer lugar, este circuito nos permite comprender cómo funciona básicamente el dispositivo: hay una parte de alimentación de 6 canales (Buck), que es controlada por la MCU, que para el control produce 2 señales de retroalimentación a través del amplificador operacional (Amp.), Y así También hay un par de CC / CC para autoalimentación y una interfaz Modbus para la comunicación con el mundo. En segundo lugar, de acuerdo con el esquema, los bloques funcionales listos para usar son inmediatamente visibles.

Ahora necesitamos crear 5 hojas de A3 en AD y transferir la parte correspondiente del circuito a cada una, pero antes de eso debemos considerar los tipos de conexiones y circuitos que usaremos en AD:

• Puerto de alimentación
  
  Este tipo es global en todo el proyecto. Es decir, si colocamos dicho puerto en una hoja y en otra, se fusionarán en un solo circuito con el nombre "VCC3V3". En consecuencia, además, no es necesario conectar los circuitos de alimentación en diferentes hojas. Este tipo de puerto solo define la fuente de alimentación y tierra (GND);
• Etiqueta neta
  
  Una herramienta para nombrar un circuito específico en un circuito. Las cadenas con el mismo nombre (NetLabel) se combinan dentro de una sola hoja y más allá. Utilizaremos esta herramienta kosher, es decir, solo para especificar nombres y conexiones dentro de una hoja;
• Lugar puerto
  
  Herramienta para conexiones intermodulares. A diferencia de NetLabel, que se utiliza para conectarse dentro de un módulo / hoja, este puerto se utiliza para comunicarse con el "mundo exterior". Conectamos módulos entre sí, todos los circuitos excepto la alimentación y la tierra (GND).

Ahora necesitamos establecer señales usando Place Port que vaya más allá del módulo. Por ejemplo, para un módulo con un amplificador operacional, se verá así:



Ahora nuestro módulo se ha convertido en una parte completamente lógica del circuito: tiene una entrada (ENTRADA), una salida (ADC-OUT) y 2 conexiones globales (puerto de alimentación): GND y VCC3V3. Nada mas. Haremos lo mismo para otros módulos y haremos una asignación automática de números a símbolos (designador) yendo a Herramientas -> Anotaciones -> Anotar esquemas y haciendo clic en Actualizar lista de cambios :



Luego, haga clic en Aceptar cambios y en la ventana que se abre, haga clic en Ejecutar cambios :



Cerramos las ventanas adicionales y vemos que nuestras designaciones (D?, R?, C ?, Etc.) recibieron números únicos. Después de las acciones realizadas, llegamos a este proyecto: PDF .

Como? Creo que nadie discutirá: todo está ordenado, está claro cómo funciona a primera vista, no hay basura en el diagrama. Ahora queda para los pequeños: necesitamos crear de alguna manera 6 canales a partir de una hoja y, en general, armar todo.

Para hacer esto, cree una nueva hoja, simplemente la llamaré Diseño principal , pero el nombre puede ser cualquier cosa. En esta hoja, tendremos un diagrama de bloques que dibujé previamente a mano. Para crear el módulo, vaya a Colocar -> Símbolo de hoja . Ahora le daremos a nuestro elemento el estilo de todo el proyecto, es decir, la fuente (tengo ISOCPEUR), el ancho y el color del marco, el designador, etc., y también escribiremos el nombre de la hoja con nuestro módulo:



Ahora haga clic derecho en nuestro módulo (cuadrado naranja) y vaya a Acciones de símbolo de hoja -> Sincronizar entradas de hoja y puerto y se abrirá una ventana:



En él vemos una lista de nuestro lugar Puerto. Seleccionamos todo y hacemos clic en Agregar entradas de hoja , lo instalamos en nuestro módulo y establecemos el tipo general de fuente, obtenemos el siguiente módulo:



Ahora repetimos lo mismo para los 4 módulos restantes y en la salida obtenemos esta estructura:



Aquí vale la pena prestar atención a 2 puntos:

• La quinta hoja (Página 5) con dc / dc no detecta Place Port cuando intenta sincronizar, y si observa el diagrama del módulo, realmente no están allí, solo Power Port. PERO! Es necesario extraer el módulo con seguridad, de lo contrario, los componentes de esta hoja simplemente no aparecerán en la placa;
• Tenga en cuenta que la herramienta Colocar puerto tiene un parámetro de directividad: entrada, salida y bidireccional. Debe determinar correctamente el tipo de puerto para su señal, por ejemplo, los puertos PWM-H son salida (salida) para el módulo MCU y entrada (entrada) para el módulo Buck.

Clon

Ahora que hemos creado todos los módulos, necesitamos aumentar su número para obtener 6 canales para la sección de potencia y 2 canales para amplificadores operacionales. Como dice el refrán, siempre hay dos salidas, incluso si te comieron y este caso no es una excepción. Mostraré las dos maneras:

• Copiar a mano a mano
  Aquí todo es simple: copiar y pegar. Seleccione nuestro módulo, Ctrl + C y Ctrl + V: obtenemos un nuevo módulo. Queda por cambiar simplemente el número de designación de M3 a M6. Luego conectamos todo y obtenemos una versión intermedia del circuito:
  
  
  
  Copié el módulo del amplificador operacional, agregué un par de conectores y buses GND y VCCIN, ahora son globales y se conectan inmediatamente en todos los módulos donde se encuentran. En este caso, no tiene sentido arrastrarlos por separado Colocar puerto. También conecté todos los circuitos externos, excepto el módulo Buck, en él demostraré la segunda forma más compacta.
• Copia Jedi
  A diferencia de la versión anterior, todo aquí es difícil de entender, pero más fácil de implementar y, lo que es más importante, más competente. Se crearán múltiples canales utilizando la directiva REPEAT . Para hacer esto, en lugar de designar M1, escribimos el comando REPEAT (BUCK, 1, 6) . Este equipo creará canales con designadores de BUCK1 a BUCK6, es decir, nuestras 6 piezas. Presione Entrar y vea cómo AD creó el número requerido de canales:
  
  
  
  Ahora necesitas conectar el circuito. Comenzaré con uno simple: nuestras salidas OUT-5V en todos los canales deben combinarse, porque Todas nuestras fases funcionan como un convertidor para una salida común. Para hacer esto, simplemente dibujamos un circuito normal desde Place Port y lo conectamos al conector de salida:
  
  
  
  Ahora debe decirle a AD que nuestros puertos PWM-H no son un puerto / circuito, sino 6 canales separados. Para hacer esto, haga clic en Colocar puerto con el nombre PWM-H y escriba REPEAT (PWM-H) en la columna con el nombre, esto creará 6 cadenas diferentes:
  
  
  
  Ahora debe generar la cadena normal (Ctrl + W) desde Place Port con el nombre REPEAT (PWM-H) y darle a esta cadena el nombre PWM-H con la herramienta NetLabel. Entonces es necesario quitar el bus del circuito y darle el nombre PWM-H [1..6] . Por lo tanto, de un puerto derivamos 6 circuitos diferentes que tendrán los nombres PWM-H1, PWM-H2, etc.
  
  
  
  Luego, conectamos el bus PWM-H [1..6] a la salida del bus en el módulo MCU para los transistores de medio puente superior. Procedimientos similares también deben llevarse a cabo para los transistores inferiores y simplemente lanzar el bus, al final tendremos un circuito de la siguiente forma:
  
  
  
  Ahora que hemos aprendido Zen, rehagamos el módulo Jedi con un amplificador operacional para no dejar una muleta en forma de copiar y pegar. Como resultado, obtenemos la versión final del diagrama del circuito:
  
  

Aquí es donde terminaremos con el diagrama del circuito, el resultado final es PDF . Como puede ver, surgió el esquema más simple, solo un par de hojas A3 medio vacías, cualquier operador de radioaficionado con un tiempo y nervios mínimos puede resolverlo.

Ahorre docenas de horas hombre por rastro

En las realidades modernas, cuando el grado de integración de los componentes (microcircuitos) es bastante alto, el desarrollo de un diagrama de circuito lleva cada vez menos tiempo.Ya no tan a menudo te encontrarás con el 90% de los monstruos analógicos y esto es bueno. El "punto débil" en el proceso de desarrollo del dispositivo sigue siendo el diseño de la placa de circuito impreso (PCB). Los sistemas CAD modernos ofrecen muchas herramientas diferentes para reducir los costos laborales de desarrollar una placa, y este fue el objetivo principal de este artículo.

Como señalé anteriormente, hay varios módulos repetidos en nuestro dispositivo: buck y op-amp. Si observa los dispositivos modernos, muchos tendrán muchas de estas repeticiones, por ejemplo, un osciloscopio de 4 canales en el que todos los canales son idénticos. Por supuesto, podemos rastrear cada canal con nuestras manos, y podemos simplificar nuestra vida.

Todo lo que se describió anteriormente en el artículo se llama simplemente: un esquema multicanalSuena simple y de buen gusto. Creamos un diagrama de circuito de este tipo y ahora nos permitirá hacer lo siguiente: separar los circuitos para un canal buck y luego simplemente copiar a los 5 restantes tanto la ubicación del componente (diseño) como todos los conductores. Primero, transfiera todos nuestros componentes desde el diagrama de circuito al archivo con la placa de circuito, haga clic en Diseño -> Actualizar documento de PCB : Ahora haga clic en Ejecutar cambios, y como resultado obtenemos una placa de circuito impreso de este tipo:







Como puede ver, aparecieron 6 zonas rojas en el tablero, que se llaman habitaciones. Cada habitación tiene componentes electrónicos para un canal y nada más. Ahora debe establecer las dimensiones de la sala, es decir, indicar qué área específica ocuparán los componentes de nuestro canal y hacer el diseño de los detalles. Se ve así:



Por lo tanto, los componentes de cada canal se ubicarán y ocuparán tal área. Es cierto, no me gusta algo aquí ... ¡Sí! Las designaciones de los componentes en la capa de serigrafía (letras blancas) no tienen una numeración de extremo a extremo, sino una numeración en el formato "Room_Name", es decir, tenemos resistencias R6_BUCK1, R6_BUCK2, etc. Quiero evitar el prefijo "_BUCK1" y cada componente tiene su propio número. Presione Ctrl + L y luego vaya al menú Opciones de anotación , donde vemos ese menú: ahora debe seleccionar la opción de numeración $ ComponentPrefix $ GlobalIndex y hacer clic en Aceptar. Haga clic en Restablecer todo para descartar todos los valores y luego haga clic en Anotar designado.



. BUCK2 R6_BUCK2 R6, R7 ..:



, Accept Changes Execute Changes . Design -> Update PCB Documet . «» , :



— «BUCK6» :



, GND , .. . . :

• Design -> Rooms -> Cope Room Format
• Altium Choose source room , , BUCK6
• altium ChooseDestination Room , . BUCK-.
• Apply To Specified Channel , , , .
  
• !

No puse un daw e hice clic en 2 canales, porque Hay situaciones en las que, por ejemplo, no todos los canales son idénticos. Recuerde el VRM en la placa base de la CPU, a menudo hay 3-4 fases por un lado, y 3-4 más por el otro. Para mi caso, puede ser de 3 fases con un cableado y 3 fases más con otro. Creo que la ideología general es comprensible. Ahora veamos el resultado: observamos 3 canales idénticos y, lo más importante, pasé tiempo en todos los canales como 1. En este caso abstracto, ahorro tiempo 6 veces, pero en problemas reales el procedimiento para reducir los costos laborales es casi el mismo. Y no es un factor sin importancia: si haces 6 canales con las manos, entonces el "ojo está borroso" debido al mismo tipo de trabajo y es muy probable que cometa un error o haga una curva de diseño.

Resumen

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