pakiedypakiedycad/eda cad/eda w praktyce inżynierskiejneo.dmcs.p.lodz.pl/cadeda/cadeda2.pdf · 1...
TRANSCRIPT
1
PakiedyPakiedy CAD/EDA CAD/EDA
w praktyce inżynierskiejw praktyce inżynierskiej
dr inż. Piotr Pietrzakdr inż. Piotr Pietrzak
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych
Politechniki Politechniki ŁŁódzkiejódzkiej
[email protected]@dmcs.pl
pok. 54, tel. 631 26 20pok. 54, tel. 631 26 20
www.dmcs.p.lodz.plwww.dmcs.p.lodz.pl
Projekt schematu ideowego (1)Projekt schematu ideowego (1)
Realizacja schematu ideowego
polega na „przetłumaczeniu”
poszczególnych elemetów schematu
blokowego na „język elektroniki”,
czego wynikiem jest schemat
połączeń różnego typu elementów
podzespołów elektronicznych oraz
elektryczno-mechanicznych.
Niekiedy, wygodnie jest przedstawić
schemat każdego bloku
funkcjonalnego na osobnej karcie.1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
D D
C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
A2
Date: 2004-09-28 Sheet of File: E:\Proj ekty\..\Previous Backup of schemat.SchDrawn By :
SDC_O0033
SDC_O01 32
SDC_O0231
SDC_O0330
SDC_O0429
SDC_O05 28
SDC_O0627
SDC_O0723
SDC_O0822
SDC_O09 21
SDC_O1020
SDC_O1119
VDD24
VDD38
GNDD 10
GNDD34
INT_I8
MASH_I40
VDCP2
VDCM3
VREF9
SMODI39
S011
S112
VP27
CLK13
VP14
Reset14
TOUT 1
SMODO18
SHMERECK01
IC1SC00
SC01SC02SC03SC04
SC05SC06SC07SC08
SC09SC10SC11
SC00
SC01SC02
SC05SC04
SC03
SC06SC07
SC08SC11
SC10SC09
1 23 4
5 67 89 1011 12
13 1415 1617 1819 20
21 2223 2425 2627 28
29 3031 3233 3435 36
37 3839 4041 4243 44
45 4647 4849 50
HEADER 25X2
J3AIGND
ACH0ACH1ACH2ACH3
ACH4ACH5ACH6ACH7
AISENSEDAC1OUTAOGNDDIO0
DIO1DIO2DIO3DGND
EXTSTRPFI1/TRIG2PFI3/GPCTR1_S
+5V
GPCTR1_OPFI6/WFTRIGPFI8/GPCTR0_O
GPCTR0_O
AIGND
ACH8ACH9ACH10ACH11
ACH12ACH13ACH14ACH15
DAC0OUT
DGNDDIO4
DIO5DIO6DIO7+5V
SCANCLKPFI0/TRIG1PFI2/CONVPFI4/GPCTR1_G
PFI5/UPDATEPFI7/STARTSCANPFI9/GPCTR0_G
FREQ_OUT
ACH0
ACH1ACH2ACH3
ACH4ACH5
ACH6ACH7
ACH8
ACH9ACH10
ACH11
S1S2
SMODI
DIO0DIO1
DIO2
DIO3
DIO7
S2S1
SMODISMODO
J21 Q2
2Q13
CKD4 CKU5
Q36
Q4 7
J49
J310
PSE11
CRY12BORR13
RST14
J115
SN74LS193N (16)
IC6
J21 Q2
2Q13
CKD4 CKU5
Q36
Q4 7
J49
J310
PSE11
CRY12BORR13
RST14
J115
SN74LS193N (16)
IC7
J21 Q2
2Q13
CKD4 CKU5
Q36
Q4 7
J49
J310
PSE11
CRY12BORR13
RST14
J115
SN74LS193N (16)
IC8
J21 Q2
2Q13
CKD4 CKU5
Q36
Q4 7
J49
J310
PSE11
CRY12BORR13
RST14
J115
SN74LS193N (16)
IC9
Fout=F/{2*[n(IC1)+1]*[n(IC2)+1]*[n(IC3)+1]*[n(IC4)+1]}
CLR11
CLK13
D12
D212
CLK211
SET14
SET210
CLR213
Q1 5
Q16
Q29
Q2 8
SN74LS74N
IC10
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
SW DIP-8SW3
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
SW DIP-8SW2
S44
S43
S42
S41
S34
S33
S32
S31
S24
S23
S22
S11
S21
S14
S13
S12
S11S12
S13S14
S21S22
S23S24
S31S32
S33S34
S41S42
S43S44
VDD
1 2
74HCU04N
IC11A
3 4
74HCU04N
IC11B
48MHz
X1
40p
T1
82p
C7
22pC8
1uH
L1
1M
R40
12
3
HEADER 3
JP2
ACH12
IOUT1 11
IOUT212
RFB 9
XFER17
VREF8
VDD20
GNDD10
GNDD3
DI16
DI25
CS1
WR12
WR218
DI416DI34
DI07
DI713DI6
14
ILE19
DI515
DAC0832
IC5
V12D
1
2345
678
16
15141312
11109
SW DIP-8
SW1
RS0RS1RS2
RS3RS4RS5RS6
RS7 RS0
RS1RS2RS3RS4
RS5RS6RS7
RS0
RS1
RS2
RS3
RS4
RS5
RS6
RS7
22k
R13
22k
R14
22k
R15
22k
R16
22k
R17
22k
R18
22k
R19
22k
R20
22kR36
22k
R35
22kR34
22k
R33
22kR32
22k
R31
22kR30
22k
R29
22kR28
22k
R27
22kR26
22k
R25
22kR24
22k
R23
22kR22
22k
R21
S44
S43
S42
S41
S34
S33
S32
S31
S24
S23
S22
S11
S21
S14
S13
S12
GN
D2
IN1 OUT 3
7805IC16
GND3VDD2
RESET7
WDO8
PFO 5MR
1
PFI4
WDI6
ADM705
IC12
2,5V ref
DZ1
SW-PB
RESET
8k2
R11
VDD
VCC
5k
R3
5k
R6
2k
R5
2k
R4
2k
R1
2k
R222p
C2
22p
C1
V12A
V12D
V12D
11k 1%R10
11k 1%
R9
22p
C4
VCC
11k 1%R8
22k 1%
R7
22p
C3
16k2
R12
1uC37
100nC5
100nC6
10Hz FILTER
VDD
100nC18
100nC11
100nC12
100nC13
100nC14
100nC15
100nC16
100nC17
100nC19
100nC20
100nC21
100nC22
100nC23
100nC24
100nC25
100nC26
100nC27
100nC28
GN
D2
IN1
OUT3
7812IC15
V12D
V12A
220uC29
220uC30
220uC34
100nC32
100n
C3610uTC35
VDD
123
HEADER 3
JP1
VDD
VDDVDDVDDVDD
OUT7
IN-6
IN+5
OPA2350
IC2B
OUT1
IN-2
IN+3
V+
8V
-4
OPA2350
IC2A
OUT 1IN-
2
IN+3
V+
8V
-4
OPA2350
IC4A
OUT 7IN-
6
IN+5
OPA2350
IC4B
EN11
EN219
IN1.12
IN1.24
IN1.36
IN1.48
IN2.117
IN2.215
O1.118
O1.216
O1.3 14
O1.312
O2.13
O2.25
IN2.313
IN2.411
O2.3 7
O2.49
74LS244
IC13
EN11
EN219
IN1.12
IN1.24
IN1.36
IN1.48
IN2.117
IN2.215
O1.118
O1.216
O1.314
O1.3 12
O2.13
O2.25
IN2.313
IN2.411O2.3
7
O2.4 9
74LS244
IC14
SMODO
OUT 1IN-
2
IN+3
V+
8V
-4
OPA2350
IC3A
OUT 7IN-
6
IN+5
OPA2350
IC3B
ACH14ACH15
VCC
OUT6
IN-2
IN+3
V+
7V
-4
OPA350
IC17
VCC
ACH13
5 6
74HCU04N
IC11C
89
74HCU04N
IC11D
1011
74HCU04N
IC11E
1213
74HCU04N
IC11F
BNCINT
BNCMASH
V12DV12A VDD VDD VDD VDD VDDVDDVDDVDDVDDVDDVDDVDDVCC VCC VCC VCC
FREQ
10uTC31
220uC33
VCC
12
HEADER 3
J1 AOGND
DGND
AIGND
RES2
R81
RES2R80
RES2
R90
RES2
R91
Opracowanie schematu ideowego wymaga przyjęcia pewnych rozwiązań
układowych. Oprócz wyboru elementów aktywnych (diod, tranzystorów,
układów scalonych) i konfiguracji ich pracy, konieczne jest wyznaczenie
parametrów pozostałych elementów układu.
Projekt schematu ideowego (2)Projekt schematu ideowego (2)
W celu określenia optymalnych wartości podzespołów i ich właściwości
(moc, tolerancja, grupa, itp.) wskazane jest przeprowadzenie stosownych
obliczeń lub/i komputerowej symulacji działania poszczególnych części
układu lub jego całości.
Testowanie laboratoryjne lub/i symulacje komputerowe mogą być
przeprowadzone jedynie dla części układu elektronicznego konstruowanych
po raz pierwszy, o ile istnieje pewność, że na ich działanie nie ma wpływu
pozostała część układu.
Podczas projektowania układu należy traktować go jako całość, a nie
skupiać się na pojedynczych elementach.
Kierunek przepływu sygnałów „głównych” na schemacie powinien
przebiegać od strony lewej do prawej oraz z góry na dół.
Elementy powinny być rozmieszczone w sposób umożliwiający
identyfikację poszczególnych bloków funkcjonalnych układu.
Elementy umieszczone na schemacie muszą posiadać unikalne oznaczenia,
rozpoczynające się od liter określających ich typ.
Projekt schematu ideowego (3)Projekt schematu ideowego (3)
Typy obudów elementów muszą zostać wybrane na etapie projektowania
schematu. Należy pamiętać, że typ obudowy zależy nie tylko od oznaczenia
danego elementu, ale także od jego dodatkowych parametrów
i właściwości.
Projekt schematu ideowego (4)Projekt schematu ideowego (4)
Na schemacie można umieścić dodatkowo oznaczenia połączeń (etykiety),
linie podziału na bloki funkcjonalne, opis tekstowy funkcji złącz,
przełączników i wskaźników, a nawet pola tekstowe zawierające ważne
informacje dotyczące układu. Wszystkie te dane ułatwiają zrozumienie
zasady działania układu oraz jego późniejszą realizację.
Warto rozważyć możliwość umieszczenia dodatkowych elementów lub
zastosowania rozwiązań, które zwiększą uniwersalność projektu w zakresie
jego późniejszej realizacji, zabezpieczą przed następstwem przyjęcia
błędnych założeń lub konieczności wprowadzenia zmian układowych (np.
konfiguracji pracy układu), a także ułatwią uruchamianie prototypu.
W przypadku mikrokontrolerów lub układów logiki programowalnej,
właściwe przypisanie funkcji poszczególnym wyprowadzeniom (oprócz
portów pełniących określone funkcje) może znacznie ułatwić późniejsze
prowadzenie ścieżek na płytce drukowanej (kosztem ew. zmiany kodu).
Design ExplorerDesign Explorer programu Altium Designerprogramu Altium Designer
Panele
Menu
systemu
Zakładki
dokumentów
Przycisk
dokowania
paneli
Narzędzia
Pasek
nawigacji
Przyciski
sterowania
panelamiZakładki
paneli
Obszar
roboczy
Współrzędne
kursora
Pasek
Menu
2
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Konfiguracja edytora schematówKonfiguracja edytora schematów
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
3
Siatka graficzna i elektryczna w edytorze schematówSiatka graficzna i elektryczna w edytorze schematów Siatka graficzna i elektryczna w edytorze schematówSiatka graficzna i elektryczna w edytorze schematów
20mil40mil 5mil
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Obiekty graficzne w edytorze schematówObiekty graficzne w edytorze schematów
Wielokąt
Linia
Łańcuch tekstowy
Pole tekstowe
Elipsa
Część elipsy
Łuk eliptyczny
Krzywa
Zokrąglony prostokąt
Prostokąt
Rysunek
Menu
Place
Prawy
przycisk
myszy
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Konfiguracja programu (Schematic Preferences)
• Konfiguracja dokumentu (Document Options)
• Panele (dostępne panele, dokowanie paneli)
• Skróty klawiszowe
• Siatki i kursory
• Wstawianie obiektów graficznych
• Schematy blokowe projektu hierarchicznego
• ręczne i automatyczne wstawianie bloków i portów,
• budowanie, łączenie bloków,
• aktualizacja bloków
Schemat blokowy systemuSchemat blokowy systemu
4
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– połączeniapołączenia
Pionowo - w przypadku użycia zasięgu Hierarchical lub Automatic
brak możliwości łączenia w strukturze pionowej, zasięg ograniczony
do bieżącego schematu. Możliwość zmiany na zasięg globalny.
Poziomo – ze wszystkimi dopasowanymi etykietami sieci dla projektu
„płaskiego” lub w obrębie bieżącego schematu.
Pionowo – jeśli istnieje jego reprezentacja w nadrzędnym symbolu
(np. na schemacie blokowym) arkusza w którym występuje i został
użyty zasięg Hierarchical lub Automatic
Poziomo – ze wszystkimi portami o tej samej nazwie w przypadku
użycia zasięgu Flat lub Global
Zawsze łączy pionowo z portem o określonej nazwie, umieszczonym
na schemacie reprezentowanym przez symbol zastępczy (blok).
Łączy w hierarchii poziomej z dopasowanymi złączami
międzyarkuszowymi, ale jest ograniczony do arkuszy wspólnie
reprezentowanych przez jeden symbol arkusza nadrzędnego
Domyślnie łączy globalnie ze wszystkimi portami zasilania o tej samej
nazwie, w całym projekcie. Istnieje możliwość ograniczenia zasięgu
(zasięg Strict Hierarchical)
Łączy globalnie ze wszystkimi ukrytymi wyprowadzeniami w
projekcie, które mają wpisaną taką samą nazwę w polu Connect To
PIONOWO – pomiędzy dokumentami na różnym poziomie hierarchii
POZIOMO – pomiędzy dokumentami na tym samym poziomie hierarchii
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń
Przykład połączeń z wykorzystaniem identyfikatora typu OffSheet
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń
Przykład 1
Struktura hierarchiczna
Przykład 2
Globalne porty
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń
Przykład 3
Globalne etykiety sieci
Przykład 4
Globalne porty i etykiety sieci
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń
Przykład 5
Połączenia międzyarkuszowe
5
Schemat blokowy systemu Schemat blokowy systemu –– zasięg połączeńzasięg połączeń
Przykład
wykorzystania
magistrali
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Wstawianie komponentów z biblioteki
• instalacja bibliotek zapisanych na dysku
• dostęp do bibliotek projektu i bibliotek zainstalowanych,
• wybór podzespołów z listy przy użyciu maski,
• wyszukiwanie komponentów w bibliotekach,
• wyszukiwanie na stronie Altium,
• edycja wyprowadzeń z poziomu schematu – zgodność numeracji i
funkcjonalności wyprowadzeń z notą katalogową,
• parametry komponentów
• Generacja biblioteki elementów ze schematu
• Wstawianie obiektów elektrycznych
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Wstawianie komponentów z biblioteki
• instalacja bibliotek zapisanych na dysku
• dostęp do bibliotek projektu i bibliotek zainstalowanych,
• wybór podzespołów z listy przy użyciu maski,
• wyszukiwanie komponentów w bibliotekach,
• wyszukiwanie na stronie Altium,
• edycja wyprowadzeń z poziomu schematu – zgodność numeracji i
funkcjonalności wyprowadzeń z notą katalogową,
• parametry komponentów
• Generacja biblioteki elementów ze schematu
• Wstawianie obiektów elektrycznych
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Wstawianie komponentów z biblioteki
• instalacja bibliotek zapisanych na dysku
• dostęp do bibliotek projektu i bibliotek zainstalowanych,
• wybór podzespołów z listy przy użyciu maski,
• wyszukiwanie komponentów w bibliotekach,
• wyszukiwanie na stronie Altium,
• edycja wyprowadzeń z poziomu schematu – zgodność numeracji i
funkcjonalności wyprowadzeń z notą katalogową,
• parametry komponentów
• Generacja biblioteki elementów ze schematu
• Wstawianie obiektów elektrycznych
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Budowanie biblioteki elementów
• tworzenie pliku biblioteki
• dodawanie i rysowanie nowych elementów,
• dodawanie podzespołów,
• wyprowadzenia zasilania,
• wyprowadzenia ukryte,
• modele: symulacyjny i footprint,
• dodawanie elementów z innych bibliotek,
• dodawanie elementów poprzez Schematic
• dodawanie biblioteki do projektu
• zarządzanie tworzonymi bibliotekami
Realizacja biblioteki komponentówRealizacja biblioteki komponentów
6
Wybrane funkcje programu Wybrane funkcje programu SchematicSchematic
• Łączenie podzespołów (przewody, magistrale, wejścia do magistral,
pary różnicowe, wiązki, połączenia, łączenie automatyczne, przerywanie
połączeń, przenoszenie elementów i połączeń)
• Edycja obiektów (pasek Formatting, polecenie Properties)
• Jednoczesna edycja wielu obiektów (Inspector)
• Nawigacja (Navigator, Parameter Manager, Footprint Manager,
Model Manager)
• Automatyczne tworzenie oznaczeń podzespołów
• Projekt wielokanałowy
• Dyrektywy (klasy połączeń – włączenie opcji tworzenia klas)
• Błędy kompilacji – konfiguracja i korekta
• Wybrane opcje projektu
• Spis elementów
• Modele podzespołów i symulacja Xspice (obiekty symulacyjne)
• Badanie integralności sygnałów
Modelowanie i symulacje Modelowanie i symulacje –– DLACZEGO?DLACZEGO?
• Oszczędności finansowe
– Błędy powstałe i nie wykryte w czasie projektowania, a ujawnione
dopiero w procesie produkcji znacząco zwiększają koszty
– Analiza Monte Carlo umożliwia zwiększenie uzysku produkcji
• Oszczędności czasowe i materiałowe
– Badany jest układ wirtualny
– Możliwość zbadania wpływu różnych krytycznych czynników na
warunki pracy układu
– Analiza Worst Case
• Skrócenie czasu „Projekt ⇒⇒⇒⇒ Rynek”
Filtr dolnoprzepustowyFiltr dolnoprzepustowy
OUT1
IN-2
IN+3
V+
8V
-4
OPA2277
OP2A
VCC
VSSVSINVin
VSRC5
V2
VSRC5
V1
VCC VSS
100n
C1
100pC4
2.2n
C5100KR1
OUT1
IN-2
IN+3
V+
8V
-4
OPA2277
OP1A
VCC
VSS
220pC2
680p
C3
200K
R3
24.3K
R2 17.4K
R4
191K
R5
10megRout
OUT
IN
Symulacja układu Symulacja układu –– przykładprzykład Sprawdzanie poprawności elektrycznej schematuSprawdzanie poprawności elektrycznej schematu
W system Altium Designer wbudowane jest narzędzieumożliwiające sprawdzenie poprawności schematu zgodniez regułami określonymi w zakładkach Error Reporting orazConnection Matrix w oknie Project Options
Error Reporting – określenie reguł dla testu poprawnościmagistral, komponentów, ograniczeń, dokumentów, połączeńi parametrów w czasie kompilacji
Connection Matrix – określenie reguł dla testu poprawnościwykonania połączeń elektrycznych na schemacie pomiędzywyprowadzeniami komponentów, portami i wejściami arkuszy