CC BY
94
Особенности проектирования устройства температурного датчика с дистанционным модулем в среде ...
Особенности проектирования устройства температурного датчика с дистанционным модулем в среде «Altium Designer 16»
Гуров О.А., Титова А.А., Латаева А.В., Антимонов Н.Н., НИУ Высшая школа
экономики МИЭМ
oagurov@edu.hse.ru, aa.titova1011@gmail.com, lataeva_av@mail.ru, sezfour@gmail.com
ческих процессов, выходная модель будет интегрирована с другими САПР системами.
Табл. 1. Основные радиоэлементы
Обозначение Тип Номинал
U1 Bluetooth модуль
U2 МК PIC 8-bit PIC12F675
P2 Датчик температуры DS18B20
C1, C3 Конденсатор 22 пФ
C2 Конденсатор 0.1 мкФ
R1, R2, R4 Резистор 4.7 кОм
R7, R8 Резистор 0 Ом
Y1 Кварцевый резонатор 8 МГц
F1 Предохранитель 0.2 А
P3 Разъем ICSP Port
Аннотация
В работе рассматриваются особенности использования модернизированной версии системы автоматизированного проектирования «Altuim Desinger 16» в процессе проектирования платы устройства датчика температуры с дистанционным модулем Bluetooth. Отдельно рассмотрено использование особенностей САПР пакета, повышающих производительность процесса проектирования, а также выводящих его на более высокий уровень автоматизации.
1 Введение
САПР «Altuim Desinger 16» является системой сквозного проектирования печатных плат [1]. Позволяет проектировать схемы и печатные платы любой сложности, вести моделирование подготовленной к трассировке схемы для нахождения наиболее уязвимых ее участков. Система позволяет проектировать большой спектр устройств, предоставляя возможность реализовывать проекты на уровне схем и программного кода, а также создавать программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Отдельной особенностью данной САПР является возможность передачи полученных моделей в САПР, моделирующие физические процессы для реализации дальнейших этапов проектирования.
2 Использование САПР решения в процессе проектирования
В качестве основной цели проекта выступает проектирование платы устройства датчика температуры с модулем Bluetooth. Список радиоэлементов, необходимых для проекта представлен в таблице 1.
В качестве САПР используется модернизированная версия «Altuim Desinger 16» [1]. При помощи данного пакета будет проводиться комплексная работа по созданию печатной платы с размещенными компонентами устройства. Для задач моделирования физи-
Проектирования модели включает в себя следующие этапы [3]:
• Подготовка электрической принципиальной схемы;
• Размещение компонентов на печатной плате;
• Трассировка печатной платы;
• Создание топологии модели;
• Проведение теплового моделирования;
• Проведение механического моделирования;
• Проведение исследования надежности;
• Подготовка конструкторской документации.
В работе будут рассмотрены начальные этапы, реализуемые средствами пакета «АИшш Бе8^ег 16», а также особенности интеграции выходного файла модели.
2.1 Использование решений,
повышающих производительность процесса проектирования
Первое с чем сталкиваются пользователи при работе с системой является интерфейс. В
«Altuim Designer 16» для работы со всеми элементами модели используется дерево каталогов [1]. Дерево проекта содержит в себе исходные файлы модели, такие как проект печатной платы и электрической схемы, а также созданные на их основе библиотеку и сопутствующую документация. Данное решение позволяет видеть всю структуру в одном месте и позволяет сократить время на поиск объектов.
Начальным этапом в процессе проектирования платы является создание электрической схемы. Система позволяет создавать схемы встроенными средствами. В «Altuim Designer
16» используются подключаемые библиотеки, содержащие в себе базу данных элементов. Проектируемая плата построена на базе платы с микроконтроллером PIC 8-bit. Для создания схемы используется подключенный набор сторонних библиотек, включающих в себя элементы МК, Bluetooth модуля, датчика температуры и кварцевого резонатора. Остальные компоненты уже содержались в стандартной библиотеке. После размещения и соединения всех компонентов была получена электрическая схема, представленная на рисунке 1.
ТТ1. Miictoith Vlndule
Рис. 1. Электрическая схема устройства
Следующей стадией является создание печатной платы на основе полученной схемы. Данный этап автоматизирован в системе. «Altuim Designer 16» формирует набор компонентов на основе элементов в созданной схеме. Однако процесс размещения самих компонентов на печатной плате не автоматизирован и проводится пользователем. На рисунке 2 приведен пример печатной платы с расположенными компонентами.
Рис. 2. Печатная плата с расположенными компонентами
Третьей стадией проектирования модели является трассировка печатной платы. Данный процесс так же автоматизирован в системе. «Altuim Designer 16» позволяет автоматически провести трассировку печатной платы без участия пользователя. В разрабатываемом проекте трассировка проведена средствами системы, результат представлен на рисунке 3.
: п" R+ i 2 Fl 112 U
Û 9 1 R2 äfi jp2
р7
Рис. 3. Результат трассировки печатной платы
Для каждого из этапов проектирования применялись функциональные возможности системы, позволяющие автоматизировать процесс. Однако результат этапов, выполненных в автоматическом режиме, требует ручной корректировки. На рисунке 4 представлена топология печатной платы с измененным расположением компонентов и скорректированной трассировкой.
Рис. 4. Топология платы в режиме 2D (слева) и 3D (справа)
2.2 Использование решений по интеграции модели
После создания модели печатной платы с размещенными на ней электронными компонентами возникает необходимость в ее экспорте для использования в САПР, моделирующих физические процессы. В данной работе для полученной модели необходимо провести тепловое и механическое моделирования. Для задач моделирования воздействий механических процессов на плату выбран САПР пакет «АСОНИКА-К», а для моделирования тепловых процессов платы выбран пакет «АСО-НИКА-ТМ» [2].
В проекте универсальным форматом файла, с которыми работают используемые системы, является PDIF. Описание основной структуры данного формата файла представлено ниже.
Табл. 2. Основные элементы структуры фай-
2.3 Особенности передачи данных в механические САПР
После экспорта модели средствами «Altuim Desinger 16» получен файл формата PDIF. Данный формат файла не содержит в себе данные о слое печатной платы. Поэтому в обеих системах моделирования механических процессов данную информацию необходимо указать, используя стандартную базу данных.
ла формата PDIF
Имя раздела База данных
DETAIL Sch,PCB
DISPLAY Sch, PCB
ENVIROPMENT Sch, PCB
SYMBOL Sch, PCB
USER Sch, PCB
Импорт полученного файла в систему «АСОНИКА-ТМ» прошел успешно, за исключением того, что не все параметры компонентов платы были переданы в конечную систему. Для решения данной проблемы необходимые параметры рассчитывались и вводились вручную, на основе них была получена тепловая модель платы.
Аналогичная проблема возникла при импорте файла в систему «АСОНИКА-К». База данных конечной системы содержит информацию не для всех компонентов платы.
Подобные проблемы интеграции решаются ручной синхронизацией компонентов платы между обоими системами. Данный процесс увеличивает временные затраты на проведение моделирования механических процессов.
З Заключение
В процессе проектирования платы был использован САПР пакет «Altuim Desinger 16». Для задач моделирования физических процессов использовались интеграционные возможности системы, позволяющие обмениваться моделями со сторонними САПР. В данной работе были выполнены следующие этапы проектирования:
1. Создана электрической принципиальной схемы;
2. Размещены компоненты печатной платы;
3. Произведена трассировка печатной платы;
4. Получена модель платы;
5. Рассмотрены особенности импорта модели в САПР, моделирующие физические процессы.
Список литературы
Overview ALTIUM DESIGNER 16 [Электронный ресурс] I Altium company official web page URL: http:IIwww.altium.comIaltium-designerIwhats-new?utm_source=ownedmediamegamenu&utm_m edium=banner&utm_campaign=ad 16whatsnew^ та обращения 09.03.2016).
Подсистемы АСОНИКА [Электронный ресурс] I Официальный сайт АСОНИКА:
http:IIasonika.ruI?q=5 (дата обращения 09.03.2016).
M. S. Sharawi. 2004. Practical issues in high speed PCB design. IEEE.
