Saudações! Eu acho que qualquer engenheiro ou apenas um amador / fabricante de bricolage / envolvido no desenvolvimento de eletrônicos, está tentando desenvolver suas habilidades, que crescem com a complexidade dos projetos. Em algum momento, uma pessoa atinge um nível em que lhe parece que os projetos se tornaram muito complexos, levam muito tempo para serem desenvolvidos e você precisa fazer algo a respeito - você precisa otimizar seu trabalho. Hoje vou lhe dizer como aumentar a produtividade do meu trabalho intelectual no Altium Designer 18 (doravante denominado AD ou AD18) e economizar tempo, nervos e dinheiro.
1. Introdução
Agora, um pouco de informação para quem não sabe o que é o Altium Designer. Este é um dos três populares sistemas profissionais de CAD que permitem desenvolver componentes eletrônicos de praticamente qualquer complexidade. Os dois pacotes restantes são Mentor Expedition (e PADS provavelmente) e Allegro Cadence. Cada um desses 3 pacotes tem seus prós e contras, além de especialização condicional. Hoje não haverá comparações, então vou apenas dizer por que escolhi o Altium:
- O excelente design e a interface ponderada deste programa estão além da concorrência. Basta olhar para os concorrentes e tudo fica claro. Sim, design e usabilidade são importantes quando você passa várias horas no trabalho todos os dias. Também facilita o processo de aprendizado para iniciantes, porque estudar em um CAD compreensível e lógico é muito mais fácil;
- A capacidade de trabalhar diretamente com "titânio" mecânico como o SolidWorks. Podemos simplesmente abrir o painel do AD em sólido e adicioná-lo como parte da montagem sem perda de qualidade. Adeus conversão através do STEP. Para mim, e certamente para você, isso é importante, porque um dispositivo eletrônico não é apenas uma placa com componentes, é quase sempre também um caso. Esse recurso permite criar facilmente um modelo de montagem de todo o dispositivo e evitar erros no projeto e fabricação de moldes por 3-5 mil dólares cada;
- A presença de uma quantidade suficientemente grande de informações em russo, que fornece um limite de entrada bastante baixo. Esta é a principal razão pela qual Altium domina na CEI, e não outra coisa. Tente encontrar algo em russo por Mentor ou Cadence, imediatamente queira aprender a trabalhar neles;
- Na CEI e na Ásia, a maioria das empresas trabalha em Altium e, nos Estados Unidos, possui uma grande participação de mercado. Na Europa, eles amam o SolidWorks PCB, que é exatamente o mesmo AD incorporado. O que isso dá? Você pode encontrar facilmente um emprego se decidir trabalhar no campo do desenvolvimento de eletrônicos.
Sim, sim, eu não falei sobre todos os tipos de recursos de simulação, ferramentas e muito mais, mas isso não é necessário. Todos os três sistemas CAD descritos acima do lado técnico são capazes de fazer aproximadamente a mesma coisa, apenas com graus variados de conveniência e muletas.
Quero aprender a trabalhar no Altium, mas isso me assusta
Uma vez, no ano de 2011-2012, tive a oportunidade de trabalhar no AD pela primeira vez, parecia legal para mim, mas assustador, porque naquele momento, o inglês era um obstáculo para mim e, em geral, não estava claro como trabalhar nele. Para superar meu medo de um grande número de ferramentas e funcionalidades, os vídeos do camarada me ajudaram. Sabunina (graças a ele), que está no youtube em russo e descreve coisas básicas básicas que lhe permitiram dar os primeiros passos na masterização. Nos últimos 6 anos, houve ainda mais informações sobre o AD em russo; portanto, o limite de entrada se tornou ainda mais baixo; portanto, não tenha medo e aprenda.
Para tornar mais fácil você dominar o Altium Designer, ofereço alguns "biscoitos de gengibre":
- O ciclo de vídeoaulas de treinamento está aqui . Os vídeos têm uma longa duração, mas contêm informações abrangentes sobre a função básica (pelo menos assim o dizem) e permitirão a qualquer aluno projetar facilmente seu primeiro dispositivo;
- Bibliotecas para o Altium Designer - aqui . Aqui você encontrará todos os componentes passivos (resistores, capacitores, etc.), bem como um grande número de transistores, diodos e microcircuitos populares, incluindo MK e FPGA. A criação de bibliotecas no início leva muito tempo, por isso espero poupar muito tempo.
Se no processo de estudo você tiver alguma dúvida e surgir alguma dificuldade, poderá me escrever em mensagens privadas, se possível, tento responder a todos.
Quando um projeto fica complicado?
Qualquer projeto mais ou menos sério, seja o código-fonte de um programa ou o diagrama de circuito de um dispositivo eletrônico, sempre tem uma característica após a qual o caos se instala, o projeto se torna incompreensível, é difícil verificar e testar, fica fora de controle.
Esse limite é individual para cada desenvolvedor: um pode entender perfeitamente um dispositivo de 1000 componentes e o outro começa a cometer erros e tem dificuldade com um projeto de 200 componentes. Em geral, a estimativa no número de componentes eletrônicos é um pouco subjetiva, mas permite entender a essência geral do problema.
Do exposto, podemos tirar a seguinte conclusão:
Um projeto fica complicado quando se torna necessário que um desenvolvedor tome ações para preservar a legibilidade e a compreensão da fonte do projeto.
Até um certo momento, você certamente pode pontuar qualquer coisa e "desenhar" no diagrama qualquer coisa e de qualquer maneira, por exemplo, assim:
Tudo se funde, o circuito é desleixado e, finalmente, isso levará a um caminho torto ou errado, eles não perceberam imediatamente nesse caos e, como resultado, cortaram os condutores nas placas e soldaram o ranho.
Vejamos mais uma obra-prima - o circuito do arduino feito no AD:
Como você gosta? Me dói ... Eu olho para R2 e R3, parece claro que esses são suspensores para I2C, mas onde está esse I2C e qual conector deve ser um enigma para mim e eu tenho que procurá-lo por muito tempo e tediosamente, e esse é um circuito com um pequeno número de componentes e simples, mas já caótico.
Agora, como alternativa, um exemplo dos meus trabalhos (clicável):
Olhe para o diagrama e acho que você entendeu imediatamente pelo menos onde está a entrada e onde a saída é as “setas” sugerem isso, e não somos árabes, lemos (incluindo os diagramas) da esquerda para a direita. O módulo tem uma função - um filtro de modo comum trifásico e nada mais. O esquema é feito com cuidado e ocupa 1 folha na documentação. 1 folha - 1 função.
De fato, o que escrevi acima são insignificantes que são importantes e facilitam a vida, mas ainda insignificantes. Embora eu espero que você entenda a ideologia geral, vamos resumir agora como "fazer":
- O princípio de encapsulamento também é aplicável em circuitos: cada módulo executa uma única tarefa simples . Um módulo é geralmente uma única folha na documentação, por exemplo, alguns A3;
- O diagrama do circuito deve ser realizado no mesmo estilo e com muito cuidado. A precisão ao trabalhar no futuro será totalmente recompensada. E quando você mostra na entrevista um esquema compreensível e cuidadosamente executado, você imediatamente terá uma boa impressão. Eles vêem as mãos de uma só vez e geralmente não gostam;
- Não use folhas maiores que A2, mesmo se você tiver alguns milhares de componentes. Se você deseja manter a A1, está fazendo algo errado. Provavelmente, você precisa selecionar alguns módulos no diagrama e transferi-los para uma planilha separada.
Você está criticando? Sugerir!
Agora, tendo criticado os outros, é necessário propor uma alternativa "como fazê-lo". Deve-se entender que a opinião subjetiva do autor descrita no artigo se baseia na experiência de trabalho e em sua própria visão de mundo.
Proponho fazer como todas as pessoas normais, ou seja, primeiro faremos
uma versão ruim do esquema
através do burro , e depois heroicamente resolveremos todos os problemas e levaremos a um estado aceitável. Vamos lá!
Crie um projeto no Altium Designer. Nele, por exemplo, descreverei um conversor DC / DC de 6 fases. Vou ter 6 canais de energia e 1 MK para controlar todas as fases. Cada canal de energia terá a seguinte aparência (clicável):
O canal de energia em si originalmente desenhei corretamente. Se você olhar com cuidado, tenho uma entrada de sinal no circuito - 2 PWMs à esquerda + VCCIN com GND, há uma saída - VCC5V e GND. O próprio módulo executa uma tarefa - converte VCCIN em 5V. Então fazemos mal ...
Aqui nos deparamos com a primeira restrição - um canal ocupa quase a folha inteira de A3, temos 6 deles; portanto, se eu aumentar a folha para A2, ela ainda não se encaixa. Você pode aumentar a planilha para A1 - excelente, pois agora somos desenvolvedores inexperientes, seguimos esse caminho e observamos a seguinte figura (clicável):
Parece que está claro por enquanto - existem 6 partes do circuito, há um MK abaixo. Isso representa apenas 30% do esquema, o que mais é necessário? Ligação MK + feedbacks? Claro! O dispositivo deve se comunicar com o mundo exterior? Obviamente, adicione RS485. Ahhh, você ainda precisa de energia para os drivers, ou seja, você precisa obter + 12V da VCCIN e adicionar DC / DC para isso! Outro MK ... ele precisa de mais 1 DC / DC e agora adicionando tudo isso - veja (clicável):
Está claro o que existe? E se eu não disse inicialmente sobre a funcionalidade do dispositivo? E se, além disso, ele também pintou pedaços desajeitados do circuito desajeitadamente? E se os componentes UGO nas bibliotecas forem desenhados inicialmente tortos? Assustado? É o mesmo ...
O que fazer?
Agora, vamos pensar ... Existem 150 componentes neste dispositivo, em meus projetos médios relacionados à eletrônica de potência, eles geralmente são de 1500 a 4000, ou seja, a escala do desastre que você imagina quando existem 10 folhas de A1 acima e todas elas estão desordenadas e entupidas. Erros são inevitáveis!
Nós olhamos e pensamos mais. A primeira coisa a fazer é formar os módulos. Eu tenho todos eles formados, porque Acabei de copiá-los de uma embarcação doméstica, mas quebrei um módulo - a memória EEPROM em execução no I2C. Cometi o mesmo erro que no esquema do Arduino, como fazê-lo:
Como você pode ver, montei um chip de memória em uma “pilha” que bloqueia o capacitor de potência, que fica próximo a ele e chega a + 3,3V. Agora não preciso procurar todos os componentes necessários para amarrar um chip de memória, de acordo com o esquema, todos eles estão em um só lugar. A propósito, não é necessário alocar uma folha separada para cada chip pequeno, mas a EEPROM não é um módulo separado, mas uma parte da ligação do microcontrolador. MK com cintas - agora este é um módulo digno de uma folha separada.
Vamos seguir em frente ... Temos partes repetidas do circuito, por exemplo, 2 canais absolutamente idênticos para feedback em um amplificador operacional (OA), 6 canais de potência mais exatamente idênticos. Isso também pode ser otimizado.
Outro pensamento brilhante é que, se todos os 6 canais buck forem iguais, o traço provavelmente será o mesmo. Isso deve ser usado. Talvez você possa separar as estradas de um módulo e os 5 restantes digam "bem, repita"? Acontece que o AD nos permite simplificar bastante nossas vidas.
Vamos fazer isso lindamente!
Onde começa qualquer dispositivo eletrônico? Com uma ideia, é claro. Como transformar essa idéia em algo tangível? Por exemplo, você pode desenhar um diagrama de blocos onde a funcionalidade da macro será exibida. Não é preciso ser muito inteligente, apenas uma imagem em um quadro ou em um pedaço de papel:
Na folha cabem todas as funcionalidades do nosso dispositivo. Em primeiro lugar, esse circuito nos permite entender como o dispositivo funciona basicamente: existe uma parte de potência de 6 canais (Buck), controlada pelo MCU, que para controle resulta em 2 sinais de feedback através do amplificador operacional (Amp.) há também alguns dc / dc para auto-alimentação e uma interface Modbus para comunicação com o mundo. Em segundo lugar, de acordo com o esquema, os blocos funcionais prontos são imediatamente visíveis.
Agora precisamos criar 5 folhas de A3 no AD e transferir a parte correspondente do circuito para cada uma, mas antes disso precisamos considerar os tipos de conexões e circuitos que usaremos no AD:
- Porta de alimentação
Esse tipo é global em todo o projeto. Ou seja, se colocarmos essa porta em uma folha e em outra, elas se fundirão em um único circuito com o nome "VCC3V3". Consequentemente, além disso, os circuitos de energia em diferentes folhas não precisam ser conectados. Esse tipo de porta define apenas a fonte de alimentação e o aterramento (GND); - Etiqueta líquida
Uma ferramenta para nomear um circuito específico em um circuito. Cadeias com o mesmo nome (NetLabel) são combinadas em uma única planilha e além. Usaremos essa ferramenta kosher, ou seja, apenas para especificar nomes e conexões em uma folha; - Coloque a porta
Ferramenta para conexões intermodulares. Ao contrário do NetLabel, que é usado para conectar-se dentro de um módulo / folha, essa porta é usada para se comunicar com o "mundo externo". Conectamos módulos uns aos outros, todos os circuitos, exceto energia e terra (GND).
Agora precisamos definir sinais usando Place Port que vão além do módulo. Por exemplo, para um módulo com um amplificador operacional, ele terá a seguinte aparência:
Agora, nosso módulo se transformou em uma parte completamente lógica do circuito: possui uma entrada (INPUT), uma saída (ADC-OUT) e 2 conexões globais (Power Port) - GND e VCC3V3. Nada mais. Faremos o mesmo para outros módulos e faremos a atribuição automática de números aos símbolos (designador), indo em
Ferramentas -> Anotações -> Anotar Esquemas e clicando em
Atualizar Lista de Alterações :
Em seguida, clique em
Aceitar alterações e, na janela exibida, clique em
Executar alterações :
Fechamos as janelas extras e vemos que nossas designações (D?, R?, C ?, Etc.) receberam números únicos. Após as ações realizadas, chegamos a esse projeto -
PDF .
Como Acho que ninguém vai argumentar - tudo está arrumado, é claro como funciona à primeira vista, não há lixo no diagrama. Agora resta para os pequenos - precisamos criar 6 canais a partir de uma folha e, em geral, juntar tudo.
Para fazer isso, crie uma nova planilha, chamarei apenas
Design principal , mas o nome pode ser qualquer coisa. Nesta planilha, teremos um diagrama de blocos que eu desenhei anteriormente à mão. Para criar o módulo, vá em
Place -> Sheet Symbol . Agora vamos definir nosso elemento para o estilo de todo o projeto, ou seja, a fonte (eu tenho ISOCPEUR), a largura e a cor do quadro, o designador e assim por diante, e também escrever o nome da folha com o nosso módulo:
Agora clique com o botão direito do mouse no nosso módulo (quadrado laranja) e vá para
Ações do símbolo da planilha -> Sincronizar entradas e porta da planilha e uma janela será aberta:
Nele, vemos uma lista do nosso Place Port. Selecionamos tudo e clicamos em
Adicionar entradas de planilha , instalamos em nosso módulo e definimos o tipo geral de fonte, obtemos o seguinte módulo:
Agora repetimos o mesmo para os 4 módulos restantes e, na saída, obtemos essa estrutura:
Aqui vale a pena prestar atenção em 2 pontos:
- A 5ª folha (Página 5) com dc / dc não detecta a Place Port ao tentar sincronizar e, se você observar o diagrama do módulo, elas realmente não estão lá, apenas Power Port. MAS! É necessário retirar o módulo com certeza, caso contrário, os componentes desta folha simplesmente não aparecerão no quadro;
- Observe que a ferramenta Place Port possui um parâmetro de diretividade: entrada, saída e bidirecional. Você deve determinar corretamente o tipo de porta para seu sinal, por exemplo, as portas PWM-H são de saída (saída) para o módulo MCU e entrada (entrada) para o módulo Buck.
Clonar
Agora que criamos todos os módulos, precisamos aumentar seu número para obter 6 canais para a seção de potência e 2 canais para amplificadores operacionais. Como diz o ditado, sempre existem duas saídas, mesmo que você tenha sido comido e esse caso não é exceção. Vou mostrar os dois lados:
- Copiar para mão em mão
Tudo é simples aqui - copiar e colar comum. Selecione nosso módulo, Ctrl + C e Ctrl + V - obtemos um novo módulo. Resta simplesmente alterar o número do designador de M3 para M6. Então conectamos tudo e obtemos uma versão intermediária do circuito:
Copiei o módulo op-amp, adicionei alguns conectores e barramentos GND e VCCIN, agora são globais e são conectados imediatamente em todos os módulos em que são encontrados. Nesse caso, não faz sentido arrastá-los separadamente Coloque a porta. Também conectei todos os circuitos externos, exceto o módulo Buck, nele demonstrarei a segunda maneira mais compacta. - Cópia Jedi
Ao contrário da versão anterior, tudo aqui é difícil de entender, mas mais fácil de implementar e, o mais importante, com mais competência. Vários canais serão criados usando a diretiva REPEAT . Para fazer isso, em vez de designar M1, escrevemos o comando REPEAT (BUCK, 1, 6) . Essa equipe criará canais com designadores de BUCK1 a BUCK6, ou seja, nossas 6 peças. Pressione Enter e veja como o AD criou o número necessário de canais:
Agora você precisa conectar o circuito. Vou começar com uma simples - nossas saídas OUT-5V em todos os canais devem ser combinadas, porque todas as nossas fases funcionam como um conversor para uma saída comum. Para isso, basta desenhar um circuito normal da Place Port e conectá-lo ao conector de saída:
Agora você precisa informar ao AD que nossas portas PWM-H não são uma porta / circuito, mas 6 canais separados. Para fazer isso, clique em Place Port com o nome PWM-H e escreva REPEAT (PWM-H) na coluna com o nome, isso criará 6 cadeias diferentes:
Agora você precisa gerar a cadeia normal (Ctrl + W) de Place Port com o nome REPEAT (PWM-H) e atribuir a essa cadeia o nome PWM-H usando a ferramenta NetLabel. Então é necessário remover o barramento do circuito e dar o nome de PWM-H [1..6] . Assim, de uma porta derivamos 6 circuitos diferentes que terão os nomes PWM-H1, PWM-H2 e assim por diante:
Em seguida, conectamos o barramento PWM-H [1..6] à saída do barramento no módulo MCU para os transistores de meia ponte superiores. Procedimentos semelhantes também precisam ser realizados para os transistores inferiores e basta acionar o barramento; no final, teremos um circuito da seguinte forma:
Agora que aprendemos o Zen, vamos refazer o módulo Jedi com um amplificador operacional para não deixar uma muleta na forma de copiar pasta. Como resultado, obtemos a versão final do diagrama de circuito:
É aqui que terminaremos com o diagrama do circuito, o resultado final é em
PDF . Como você pode ver, o esquema mais simples surgiu, apenas algumas folhas A3 meio vazias, qualquer operador de rádio amador com tempo e nervos mínimos pode descobrir isso.
Economize dezenas de horas-homem por rastreamento
Nas realidades modernas, quando o grau de integração de componentes (microcircuitos) é bastante alto, o desenvolvimento de um diagrama de circuitos leva cada vez menos tempo.
Já não tão frequentemente, você encontrará 90% dos monstros analógicos e isso é bom. O "ponto fraco" no processo de desenvolvimento do dispositivo continua sendo o design da placa de circuito impresso (PCB). Os modernos sistemas CAD fornecem muitas ferramentas diferentes para reduzir os custos de mão-de-obra no desenvolvimento de uma placa, e esse foi exatamente o principal objetivo deste artigo.Como indiquei anteriormente, existem vários módulos repetidos em nosso dispositivo: buck e op-amp. Se você observar dispositivos modernos, em muitas haverá muitas repetições, por exemplo, um osciloscópio de 4 canais no qual todos os canais são idênticos. Obviamente, podemos rastrear cada canal com nossas mãos e podemos simplificar nossa vida.Tudo o que foi descrito anteriormente no artigo é chamado simplesmente - um esquema multicanalparece simples e de bom gosto. Criamos exatamente esse diagrama de circuitos e agora ele nos permitirá fazer o seguinte - separar os circuitos para um canal buck e simplesmente copiar para os 5 restantes e a localização dos componentes (layout) e de todos os condutores. Primeiro, transfira todos os nossos componentes do diagrama de circuitos para o arquivo com a placa de circuito, clique em Design -> Atualizar documento PCB : Agora clique em Executar alterações e , como resultado, obtemos exatamente essa placa de circuito impresso:
Como você pode ver, 6 zonas vermelhas apareceram no quadro, chamadas salas. Cada quarto possui componentes eletrônicos para um canal e nada mais. Agora você precisa definir as dimensões da sala, ou seja, indicar qual área específica os componentes do nosso canal ocuparão e fazer o layout dos detalhes. É assim:
Portanto, os componentes de cada canal serão localizados e ocuparão exatamente essa área. É verdade, eu não gosto de algo aqui ... Sim! As designações dos componentes na camada de serigrafia (letras brancas) não possuem numeração de ponta a ponta, mas numeração no formato “Room_Name”, ou seja, temos os resistores R6_BUCK1, R6_BUCK2 e assim por diante. Eu quero evitar o prefixo "_BUCK1" e cada componente tem seu próprio número. Pressione Ctrl + L e vá para o menu Annotate Options , onde vemos um menu como esse: Agora você precisa selecionar a opção de numeração $ ComponentPrefix $ GlobalIndex e clicar em OK. Clique em Redefinir tudo para descartar todos os valores e clique em Anotar designado.
. Como você pode ver no canal BUCK2, os componentes alteraram suas designações de R6_BUCK2 para as designações mais familiares R6, R7, etc .:
resta aceitar as alterações clicando em Aceitar alterações e, na janela que se abre, confirme tudo clicando em Executar alterações . Transferimos as alterações do circuito para a placa de circuito Design -> Update PCB Documet , como já fizemos. Como resultado, observamos designações "humanas" que não ocupam toda a placa e cagam nela:
Com um layout e designações adequadas, prosseguimos para o roteamento - rastrearemos os circuitos dentro de uma sala do BUCK6 e obteremos a seguinte imagem:
Eu não reproduzi tudo, o GND deixou intocado, porque isso geralmente é preenchido com um único polígono. O suficiente para uma demonstração. Agora faça o seguinte:- Design -> Rooms -> Cope Room Format
- Altium Choose source room , , BUCK6
- altium ChooseDestination Room , . BUCK-.
- Apply To Specified Channel , , , .
- !
Eu não coloquei um daw e cliquei em 2 canais, porque Há situações em que, por exemplo, nem todos os canais são idênticos. Lembre-se do VRM na placa-mãe da CPU, geralmente existem 3-4 fases, por um lado, e 3-4 mais, por outro. Para o meu caso, podem ser 3 fases com uma fiação e mais 3 fases com outra. Eu acho que a ideologia geral é compreensível. Agora, vejamos o resultado: observamos 3 canais idênticos e, mais importante, passei o tempo em todos os canais como 1. Nesse caso abstrato, economizo tempo 6 vezes, mas em problemas reais o procedimento para reduzir os custos de mão-de-obra é o mesmo. E não é um fator sem importância - se você fizer 6 canais com as mãos, o "olho está embaçado" devido ao mesmo tipo de trabalho e é muito provável que cometa um erro ou faça uma curva de layout.
Sumário
- . — , .