Płytki_Altium_projektowanie_cz.7.pdf

KURS

Projektowanie płytek za

pomocą Altium Designer

Summer 09 (7)

Dodatkowe materiały

na CD/FTP

Obecnie każdy zajmujący się projektowaniem urządzeń

elektronicznych korzysta z programów EDA. Jednym z nich jest

Altium Designer. Niniejszy cykl artykułów ma na celu nauczenie

Czytelników stosowania z tego oprogramowania w zakresie

projektowania obwodów drukowanych. W tej części kursu opisano

sposób wykonania projektu płytki drukowanej z wykorzystaniem

wielu wariantów montażowych i działanie narzędzia do zmiany

wyprowadzeń i części (Pin/Part Swapping) pomocnego podczas

optymalizacji przebiegu połączeń.

Dodatkowe materiały na CD/FTP:

ftp://ep.com.pl , user: 10925 , pass: 87thc181

• poprzednie części kursu

nia narzędzia o nazwie Pin/Part Swapping.

W tym celu tworzymy nowy projekt PCB

i edytujemy schemat zgodnie z rysun-

kiem 121 . Na schemacie zastosowano sym-

bol wzmacniacza operacyjnego zawierający

ukryte wyprowadzenia zasilające domyślnie

połączone z sieciami o nazwach VDD i VSS

(odpowiednia biblioteka znajduje się w ma-

teriałach dodatkowych). Teraz kompiluje-

my projekt i przenosimy zmiany do edytora

PCB. Następnie rozmieszczamy elementy na

przykład tak jak na rysunku 122 . Jak widać,

połączenia wychodzące z elementów J2, J3

i J4 krzyżują się i niemożliwe będzie proste

poprowadzenie ścieżek na jednej warstwie

elektrycznej. W celu poprawienia tej sytu-

acji skorzystamy z narzędzia Pin/Part Swap-

ping. Istotne jest, aby jeszcze przed przystą-

pieniem do konigurowania odpowiednich

parametrów ustalić, które wyprowadzenia

i w jakich elementach mogą być zamieniane.

W tym przykładzie przyjmujemy, że kolej-

ność połączeń może być zamieniana w złą-

czu J4. Może być także zmieniana kolejność

połączeń wyprowadzeń mikrokontrolera U2

dołączonych do złącza J2 oraz mogą być za-

mieniane wzmacniacze wewnątrz struktury

układu wzmacniacza operacyjnego U1.

Wyprowadzenie komponentu może

być zamienione z innym wyprowadzeniem

w danym komponencie, jeśli należą one do

tej samej grupy wyprowadzeń. Podobnie jest

w przypadku zamiany części, ale dodatkowo

należy określić zgodność wyprowadzeń po-

między częściami. Ustawień odpowiednich

parametrów, czyli przypisania wyprowadzeń

oraz części do odpowiednich grup, można

dokonać zarówno w edytorze schematu, jak

i w edytorze płytki drukowanej.

Zaczniemy od skonigurowania ustawień

dla złącza J4. W tym celu w edytorze PCB

wybieramy Tools –> Pin/Part Swapping –>

Conigure... . Otworzy się okno zatytułowane

Conigure Swapping Information In Compo-

nents ( rysunek 123 ). W tym oknie pokazano

ogólne informacje na temat wszystkich ele-

Pin/Part Swapping

W trakcie tworzenia schematu z użyciem

mikrokontrolerów, wzmacniaczy operacyj-

nych, bramek logicznych czy różnego rodzaju

złącza, nieraz zastanawiamy się, których wy-

prowadzeń użyć, aby uzyskać jak najprostszy

przebieg ścieżek na płytce drukowanej. Naj-

częściej po przeniesieniu danych ze schema-

tu do edytora PCB i rozmieszczeniu elemen-

tów zauważamy, że niektóre połączenia na-

leżałoby zmienić. Nasuwa się myśl, że trzeba

ponownie wrócić do edytora schematu, zmie-

nić odpowiednie połączenia i przenieść mo-

dyikacje do edytora płytki drukowanej. Takie

postępowanie nie stwarza większych proble-

mów przy niezbyt skomplikowanych projek-

tach, ale w wypadku bardziej rozbudowanych

staje się co najmniej niewygodne.

Altium Designer ma narzędzie pomocne

w takich sytuacjach. Służy ono do optymali-

zacji przebiegu połączeń. Po wykonaniu ta-

kiej optymalizacji jest możliwe przeniesienie

informacji o zmianach wykonanych w trak-

cie projektowania płytki drukowanej do edy-

tora schematu.

Przejdźmy teraz do przykładu, który

wyjaśni sposób koniguracji i wykorzysta-

Rysunek 122. Przykładowe rozmieszcze-

nie elementów

Rysunek 121. Schemat obwodu z ćwiczenia

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2011

Projektowanie płytek za pomocą Altium Designer Summer 09

kamy okno, klikając na przycisk OK. Teraz

w podobny sposób nadajemy nazwę wypro-

wadzeniom numer 2, 3, 6 i 7 mikrokontrole-

ra U2 ( rysunek 125 ). Kolejnym krokiem jest

skonigurowanie ustawień dla wzmacniacza

operacyjnego U1. Otwieramy okno Conigure

Pin Swapping dla układu U1 i przechodzimy

do zakładki Part Swapping . W kolumnie Part

Group , podobnie jak w przypadku wyprowa-

dzeń we wcześniej opisanych elementach,

nadajemy tę samą nazwę obydwu częściom,

np. amp. Teraz musimy jeszcze określić

zgodność wyprowadzeń pomiędzy częścia-

mi. Zaznaczamy na liście obydwie części

wchodzące w skład wzmacniacza operacyj-

nego i w kolumnie Sequence ID nadajemy te

same oznaczenia dla wyprowadzeń pełnią-

cych tę samą funkcję, np. dla wyjść wpisu-

jemy out itp. Prawidłowe ustawienia para-

metrów przedstawia rysunek 126 . Musimy

jeszcze zezwolić na zamianę wyprowadzeń

i części. Możliwe jest to jedynie z poziomu

edytora PCB. Wystarczy w oknie Conigure

Swapping Information In Components zazna-

czyć pola w kolumnach Pin Swap oraz Part

Swap ( rysunek 127 ). Dodatkowo widzimy

w tym oknie, że wszystkie wyprowadzenia

złącza J4 oraz cztery z dwudziestu wyprowa-

dzeń układu U2 mają wymagane dane do za-

miany. Można także zaznaczyć odpowiednie

elementy umieszczone na płytce drukowanej

i uruchomić panel inspektora klawiszem F11

na klawiaturze. Odnajdujemy w nim pola

Enable Pin Swapping oraz Enable Part Swap-

ping i zaznaczamy je ( rysunek 128 ). Ostatnią

czynnością do wykonania pozostało ustawie-

nie odpowiednich parametrów w opcjach

projektu. W tym celu wybieramy Project –>

Project Options i przechodzimy do zakładki

Options ( rysunek 129 ). W sekcji Allow Pin-

Swapping Using These Methods są do wyboru

dwie opcje: Adding/Removing Net-Labels

oraz Changing Schematic Pins . Jeśli Adding/

Removing Net-Labels jest jedyną zaznaczoną

opcją, to podczas wyboru polecenia zamia-

ny wyprowadzeń czy części będziemy mieli

dostęp wyłącznie do wyprowadzeń połą-

czonych poprzez etykiety sieciowe. Opcja

Changing Schematic Pins zezwala na zamia-

nę wyprowadzeń w symbolu elementu na

schemacie. Dzięki tej opcji będziemy mieli

możliwość zamiany wyprowadzeń oraz czę-

ści w komponentach, które na schemacie

połączone są innymi metodami niż etykie-

ty sieciowe. Proponuję wykonać ustawienia

zgodnie z rysunkiem 129 .

Rysunek 123. Okno Conigure Swapping Information In Components

mentów znajdujących się na projektowanej

płytce, takie jak liczba wyprowadzeń, liczba

części w tym skonigurowanych do zamiany

oraz zezwolenia na zamianę wyprowadzeń

i części. Zaznaczamy teraz na liście element

J4 i klikamy na przycisk Conigure Compo-

nent... . Pojawi się okno zatytułowane Coni-

gure Pin Swapping For... . Z poziomu edytora

schematu można uzyskać do niego dostęp,

klikając prawym klawiszem myszy na sym-

bolu złącza J4, a następnie wybierając Part

Actions –> Conigure Pin Swapping... . Teraz

w zakładce Pin Swapping w kolumnie Pin

Group nadajemy identyczną nazwę grupy dla

każdego wyprowadzenia, np. d_in . Można

wpisać nazwę dla każdego z wyprowadzeń

z osobna lub wpisać nazwę dla pierwsze-

go pinu, a dla każdego następnego kliknąć

prawym klawiszem myszy i wybrać Add To

Pin-Swap Group i wskazać nazwę grupy, któ-

rą podaliśmy. Przykładową konigurację dla

złącza J4 przedstawia rysunek 124 . Zamy-

Rysunek 124. Przykład koniguracji dla złącza J4

Rysunek 125. Nazwy pozostałych wyprowadzeń mikrokontrolera

Rysunek 126. Ustawienie parametrów wzmacniacza

Rysunek 127. Zezwolenie na zmianę wyprowadzeń i części

Rysunek 128. Panel inspektora

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2011

KURS

W pierwszej kolejności

zajmiemy się interaktywną

zamianą wyprowadzeń. Aby

skorzystać z tego narzędzia,

wybieramy Tools –> Pin/Part

Swapping –> Interactive Pin/

Net Swapping . Widzimy te-

raz, że wszystkie elementy

i wyprowadzenia, które nie

mają możliwości zamiany

wyprowadzeń, zostały zacie-

nione i dostęp do nich jest

niemożliwy ( rysunek 130 ).

Klikamy teraz na jednym

z dostępnych do zamiany

wyprowadzeń mikrokontrolera U2, a następ-

nie na innym, co spowoduje, że połączenia

zostaną zamienione ze sobą miejscami. Teraz

należy tak zamieniać połączenia, aby się już

nie krzyżowały. Przykładowy efekt przedsta-

wia rysunek 131 .

Inną możliwością jest wykorzystanie

do optymalizacji przebiegu połączeń auto-

matycznego optymalizatora. Warto z niego

skorzystać przed użyciem interaktywnej

zamiany wyprowadzeń. Teraz, przed jego

użyciem, należy cofnąć wprowadzone za po-

mocą interaktywnej zamiany wyprowadzeń.

Wybieramy Tools –> Pin/Part Swapping –>

Automatic Pin/Net Optimizer . Optymalizator

przeprowadza najpierw szybką, jednoprze-

biegową optymalizację, która próbuje zmini-

malizować liczbę skrzyżowań i długości po-

łączeń, ale może się zdarzyć, że nastąpi ich

zwiększenie. Po szybkiej optymalizacji pro-

gram wyświetla okno z zapytaniem o uru-

chomienie optymalizatora iteracyjnego. Jego

zadaniem jest przeprowadzenie optymaliza-

cji wieloprzebiegowej. Czasami nawet ona

nie daje oczekiwanych rezultatów i wtedy

pozostaje nam jedynie skorzystać z wcześ-

niej opisanej metody interaktywnej.

Interaktywna zamiana części działa po-

dobnie jak interaktywna zamiana wyprowa-

dzeń. Uruchamia się odpowiednie polece-

nie, wybieramy pierwszą część do zamiany,

a następnie drugą. W realizowanym przykła-

dzie wykorzystamy to narzędzie do zamiany

części wchodzących w skład wzmacniacza

operacyjnego U1. Rysunek 132 przedstawia

zbliżenie footprintu wzmacniacza U1 przed

modyikacjami z widocznymi nazwami połą-

czeń. Teraz z menu wybieramy Tools –> Pin/

Part Swapping –> Interactive Part Swapping .

Podobnie jak wcześniej, wszystkie niedo-

stępne do edycji elementy są zacienione. Kli-

kamy na jednym z wyprowadzeń należących

do pierwszej części, np. na wyprowadzeniu

pierwszym, a następnie na wyprowadzeniu

należącym do drugiej części, np. na wypro-

wadzeniu siódmym. Efekt zmian przedsta-

wia rysunek 133 .

Rysunek 129. Zakładka opcji okna opcji projektu

Przenoszenie zmian do schematu

Po wykonaniu modyikacji w edytorze

PCB musimy przenieść informacje o zmia-

nach do edytora schematu, aby był on zgod-

ny z obwodem drukowanym. W tym celu

w edytorze płytki drukowanej wybieramy

polecenie Design –> Update Schematics

in... , po czym ujrzymy okno Engineering

Change Order zawierające listę wszystkich

modyikacji do wykonania, w którym klika-

my najpierw na przycisk Validate Changes

i jeśli wszystkie zmiany zostaną oznaczone

zielonym znakiem w kolumnie Check ( ry-

sunek 134 ), to klikamy na przycisk Execu-

te Changes , a następnie zamykamy okno.

W tym momencie modyikacje zostały nanie-

sione na schemat.

Przełączmy się teraz na widok edytora

schematu. Schemat po zmianach powinien

wyglądać jak na rysunku 135 . Porównując

ten schemat z narysowanym na początku

tego ćwiczenia ( rysunek 121 ), widzimy, że

zostały zamienione ze sobą części wzmac-

niacza operacyjnego U1, zamienione zostały

Rysunek 130. Oznaczenie braku możliwo-

ści zamiany

Rysunek 131. Proponowane ustawienie

opcji zamiany wyprowadzeń/części

Rysunek 133. Efekt zamiany wzmacniaczy

wewnątrz struktury U1

Rysunek 132. Footprint wzmacniacza U1

przed modyikacjami

Rysunek 134. Okno informujące o zgodności wykonanych zmian

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2011

Projektowanie płytek za pomocą Altium Designer Summer 09

Zarządzanie projektami

wykorzystującymi warianty

montażowe

Wymagania produkcyjne często stwarza-

ją konieczność zaprojektowania szeregu pły-

tek drukowanych, które tylko nieznacznie

odbiegają od bazowego projektu. Na przy-

kład mogą istnieć dwie wersje produktu:

standardowa i zubożona, różniące się funk-

cjonalnością wynikającą z braku niektórych

komponentów w wersji zubożonej. Najwięk-

szą zaletą wariantów jest możliwość tworze-

nia wielu wersji projektu bez konieczności

tworzenia osobnych projektów PCB dla każ-

dego wariantu płytki. Kontrolujemy wyłącz-

nie komponenty na płytce bazowej, dzięki

czemu produkcja PCB pozostaje taka sama,

bez względu na to, czy wykonywana jest ory-

ginalna (pełna) wersja produktu, czy któryś

z wariantów. Różnice pojawiają się podczas

fazy montażu komponentów na płytce. Wa-

rianty montażowe mogą się różnić między

sobą ilością zawartych komponentów, typem

czy wartością komponentu (na przykład ele-

ment dyskretny może posiadać inną wartość

lub może być stosowany komponent z innej

technologicznie rodziny) oraz dodatkowymi

parametrami komponentów (na przykład to-

lerancją czy napięciem pracy).

Sposoby zarządzania projektami wyko-

rzystującymi warianty montażowe przedsta-

wię na przykładzie prostego projektu wielo-

arkuszowego, który za chwilę przygotujemy.

Zajmiemy się w nim jedynie dokumentami

schematów. W pierwszej kolejności tworzy-

my nowy projekt PCB i dodajemy do niego

nowy arkusz schematu, który edytujemy

zgodnie z rysunkiem 139 , a następnie za-

pisujemy pod nazwą ster.SchDoc . Dodaje-

my kolejny dokument

schematu, edytujemy

go tak, jak przedstawia

rysunek 140 i zapisu-

jemy pod nazwą wzm.

SchDoc . Tworzymy

jeszcze jeden sche-

mat podrzędny zgod-

nie z rysunkiem 141 .

Nadajemy mu nazwę

led.SchDoc . Na koniec

tworzymy schemat

nadrzędny przedsta-

wiony na rysunku 142 i przeprowadzamy

proces kompilacji utworzonego projektu. Jak

widać na przedstawionych schematach, pro-

jekt zawiera cztery identyczne układy wejść

analogowych zawierających wzmacniacze

operacyjne LM358. Każdy z tych układów

podłączony jest do innego kanału wejścio-

wego przetwornika analogowo-cyfrowego

zawartego w mikrokontrolerze ATTINY26.

Dodatkowo projekt zawiera wyświetlacz

z diod LED i prostą klawiaturę.

Wybieramy teraz polecenie Project –>

Assembly Variants . Widzimy okno Assem-

Rysunek 135. Schemat po zmianach

miejscami wyprowadzenia

numer 2, 3, 6 i 7 mikrokon-

trolera U2 oraz wyprowa-

dzenia numer 1 i 3 złącza

J4.

Interaktywne

prowadzenie wielu

ścieżek

Przy okazji realizacji

tego ćwiczenia chciałbym

zaprezentować wygodne

narzędzie, dzięki któremu

możemy prowadzić jed-

nocześnie wiele ścieżek.

Szczególnie przydatne jest

ono w przypadku wykony-

wania magistral danych,

a także przy prowadzeniu

połączeń między różnego

rodzaju złączami a innymi układami na pro-

jektowanej płytce drukowanej.

Wracamy teraz do edytora PCB i trzyma-

jąc wciśnięty klawisz Shift, na klawiaturze,

zaznaczamy po kolei wszystkie pola lutow-

nicze złącza J2. Efekt powinien być zgodny

z przedstawionym na rysunku 136 . Wybie-

ramy Place –> Interactive Multi-Routing

i klikamy na dowolnym polu lutowniczym

złącza J2. Teraz postępujemy podobnie jak

w przypadku interaktywnego prowadzenia

Rysunek 136.

Zaznaczenie

pól lutowni-

czych złącza

Rysunek 138. Wygląd gotowych połączeń

wykonanych „metodą wielościeżkową”

ścieżek opisanego w trzeciej części kursu (EP

12/2010). Rysunek 137 przedstawia widok

okna edytora PCB w trakcie interaktywnego

prowadzenia wielu ścieżek, a rysunek 138

efekt działania narzędzia.

Rysunek 139. Schemat ster.SchDoc z ćwiczenia

Rysunek 137. Okno w trakcie prowadze-

nia wielu ścieżek

Rysunek 140. Schemat wzm.SchDoc

z ćwiczenia

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2011

KURS

wych. W tym celu w oknie Assembly Variant

Management klikamy na przycisk Add Va-

riant . Pojawi się nowe okno ( rysunek 144 ),

w którym podajemy nazwę tworzonego wa-

riantu montażowego, np. Wersja Standardo-

wa. Następnie klikamy na OK. Widzimy te-

raz, że w oknie zarządzania wariantami po-

jawiła się kolumna o nazwie, jaką wprowa-

dziliśmy w poprzednim kroku. W kolumnie

tej przy każdym z elementów znajdują się

pola wyboru, które domyślnie są zaznaczo-

ne, a obok widoczny jest także odpowiedni

komunikat tekstowy. W przypadku zazna-

czonego pola wyświetlany jest napis Fitted ,

co oznacza, że produkt zbudowany w opar-

ciu o ten wariant montażowy będzie zawie-

rał element, przy którym znajduje się taki

komunikat. W przypadku naszego wariantu

standardowego, który właśnie utworzyli-

śmy, pozostawiamy zaznaczone wszystkie

pola, czyli wszystkie elementy będą monto-

wane na płytce drukowanej. Teraz dodajmy

Rysunek 141. Schemat led.SchDoc z ćwiczenia

Rysunek 142. Schemat nadrzędny

bly Variant Management ( rysunek 143 ),

w którym będziemy

dodawać i edytować

warianty montażowe

dla naszego projektu.

Początkowo projekt

nie zawiera zdeinio-

wanych wariantów,

a we wspomnianym

oknie wyświetlone

będą wszystkie kom-

ponenty, które aktual-

nie istnieją w aktyw-

nym projekcie PCB.

W górnej części okna

Project Components

znajdują się infor-

macje podzielone na

cztery kolumny:

– Logical – logiczne

oznaczenie przypisane do komponentu

na arkuszu schematu,

– Comment – wartość pobrana

z pola Comment właściwości

komponentu, najczęściej typ

komponentu lub jego wartość,

– Designator – izyczne ozna-

czenie przypisane do kompo-

nentu, jakie będzie widoczne

na płytce drukowanej,

– Document – źródłowy doku-

ment schematu w projekcie,

w którym znajduje się dany

komponent.

Dolna część okna Assembly

Variant Management zatytu-

łowana Parameter Variations

jest przeznaczona do wyszcze-

gólnienia zmian parametrów

elementów, które mają być

umieszczone w poszczególnych

wariantach montażowych.

Dodamy teraz do projek-

tu kilka wariantów montażo-

Rysunek 143. Okno Assembly Variant

Management

Rysunek 146. Wprowadzone zmiany

wariant o nazwie 2 kanały – wersja 1 , w któ-

rym nie będą montowane wszystkie kom-

ponenty. Na liście elementów odnajdujemy

wszystkie komponenty układu wejściowego

należące do kanału numer 3 i 4, czyli za-

wierające w polu Designator końcówki W3

oraz W4 i odznaczamy dla nich pola wybo-

ru w kolumnie odpowiadającej nowo-utwo-

rzonemu wariantowi. Efekt przedstawia

rysunek 145 . W kolejnym wariancie mon-

tażowym oprócz pominięcia w montażu

tych samych elementów jak w poprzednim

wypadku, zmienimy także wartości wybra-

nych komponentów. Jeśli tworzony jest ko-

lejny wariant montażowy bardzo zbliżony

do jednego z poprzednio zdeiniowanych, to

warto skopiować ten wariant i wprowadzić

jedynie niewielkie modyikacje, zamiast

konigurować od początku kolejny wariant

montażowy. W tym celu klikamy prawym

klawiszem myszy na kolumnie odpowiada-

jącej wariantowi o nazwie 2 kanały – wer-

sja 1 i wybieramy polecenie Copy Variant .

Następnie klikamy prawym klawiszem my-

Rysunek 144. Okno Add Variant

Rysunek 145. Efekt wykonania wariantu montażowego

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2011

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: