Определение логической структуры устройства из нескольких электронных модулей

Главная страница: Проектирование устройств из нескольких электронных модулей

Современные электронные устройства состоят, как правило, из множества плат, соединение которых представляет собой законченную функциональную систему. От устройств на материнской плате и LCD-модулем на передней панели до сложных соединительных систем с врезными платами – все проекты этого широкого спектра являются устройствами из нескольких электронных модулей.

В связи с этим, необходима система проектирования высокого уровня, которая позволяет моделировать электрические и физические соединения множества плат. В Altium Designer для поддержки проектирования таких систем и моделирования логических (схема) и физических (плата) соединений используется среда Multi-board Design.

Пользователь определяет модель устройства из нескольких электронных модулей в Altium Designer в проекте Multi-board (*.PrjMbd) и во входящих в него документов схемы (*.MbsDoc) и сборки (*.MbaDoc). Эти типы документов позволяют добавить существующие проекты плат Altium Designer в среду проектирования устройств из нескольких электронных модулей и связать их в единую систему.

Основные шаги по созданию схемы многомодульного устройства из дочерних проектов плат:

1. В Altium Designer создайте проект Multi-board и добавьте документ схемы Multi-board в проект.
2. Разместите графические блоки (модули) в схеме для логического представления дочерних проектов.
3. Добавьте связи каждого модуля с соответствующим дочерним проектом.
4. Импортируйте данные о соединении дочерних проектов.
5. Добавьте соединения между модулями, чтобы создать логическое представление проекта.

Включение проектов плат в Multi-board

Проекты плат Altium Designer, которые представляют собой дочерние платы системы Multi-board, содержат специальные соединители, такие как торцевые и штыревые разъемы, с помощью которых плата электрически и физически соединяется с другими платами в конструкции.

Эти соединители и связанные с ними цепи необходимо определить в документе схемы, чтобы определить соединения между платами на уровне системы. Сделать это можно с помощью определенного параметра System (Система), задав ему значение Connector (Соединитель).

Для каждого соединителя в проекте платы, который будет использоваться для соединения плат, выберите элемент-соединитель, затем добавьте специальный параметр элемента на вкладке Parameters панели Properties.

Проект Multi-board

Проектирование многомодульной конструкции в Altium Designer осуществляется в проекте Multi-board, который, как и проекты других типов, создается с помощью меню File » New » Project. Будет открыто диалоговое окно Create Project. Выберите здесь опцию под заголовком Multiboard в области Project Type.

Базовым элементом проекта Multi-board является логическое представление конструкции, определение которое осуществляется в документе схемы Multi-board (*.MbsDoc). Добавьте файл этого типа в проект Multi-board из панели Projects, щелкнув ПКМ по проекту и выбрав Add New to Project » Multi-board Schematic в контекстном меню.

Схема Multi-board

Связь между проектами плат, которые составляют систему Multi-board, задается размещением соответствующих им модулей (объектов Module) на схеме и соединением их входов (объектов Module Entry) с помощью виртуальных соединений и/или проводников.

Модули, представляющие дочерние платы, размещаются в рабочей области из меню Place » Module или выбором кнопки в панели инструментов Active Bar – см. ниже.

Altium Designer включает в себя панель инструментов Active Bar, расположенную в верхней части рабочего пространства каждого редактора. Здесь собраны команды для быстрого размещения объектов.

Чтобы открыть выпадающее меню элемента управления, обозначенное маленьким треугольником в нижнем правом углу, щелкните ПКМ по элементу или зажмите на нем ЛКМ. Вы сможете выбрать любую из доступных опций. Курсор изменит вид на перекрестие для размещения.

После использования объекта с панели Active Bar его кнопка становится активной/видимой.

Дважды щелкните ЛКМ по размещенному объекту Module и в панели Properties задайте его свойства Designator (Обозначение) и Title (Заголовок), а также исходный проект платы, с которым связан модуль. Используйте кнопку  в поле Source (Источник), чтобы задать локальный или управляемый проект и нужную плату в указанном проекте (Assembly/Board).

Добавьте другие модули и ссылки с их дочерними проектами в схему проекта.

Информация о проекте связанной с модулем платы импортируется с помощью команды Design » Import From Child Projects или Design » Import From Selected Child Projects. Наиболее важным в этом процессе является то, что обрабатываются данные о контактах и цепях каждого соединителя, которому присвоен специальный параметр System:Connector.

После того, как импорт завершен, для каждого из этих соединителей будет автоматически создан объект Entry (Вход) на соответствующем графическом представлении блока. Этот вход связан с выводами и цепями соединителя в дочернем проекте.

Связь с дочерними проектами

Чтобы соединить объекты Module дочерних проектов между собой, поместите логические соединения (объекты Connection) между входами модулей (объектами Module Entry).

В меню Place и в панели инструментов Active Bar (в верхней части редактора) доступны несколько типов соединителей, в том числе Direct Connection (Прямое подключение) и Wire (Проводник). Нажмите и протяните линию соединения между точками входов модулей, чтобы создать логическое соединение. Обратите внимание, что все элементы в редакторе схемы системы можно перетащить в новое расположение.

Структура проекта

Проект Multi-board имеет иерархическую структуру, которая включает в себя исходные документы (схема и сборка Multi-board), а также дочерние подпроекты, связанные с модулями в схеме проекта. Структура дочерних проектов немедленно добавляется в проект Multi-board, когда модуль связывается с этим внешним проектом.

Разверните структуру проекта в панели Projects, чтобы показать файлы проекта Multi-board и его дочерних проектов. Чтобы проект Multi-board извлек и обработал корректные данные из дочерних проектов, плата каждого из этих проектов должна быть синхронизирована со схемой, а в проектах не должно быть проектных или графических ошибок. Чтобы произвести валидацию дочернего проекта, щелкните ПКМ по его названию в панели и выберите команду Validate PCB Project <название> – найденные нарушения будут отображены в списке в панели Messages.

Работа с соединениями

Соединения между модулями в схеме Multi-Board представляют связь между соединителями дочерних проектов, а также контакты и цепи этих соединителей. Среда редактирования схемы Multi-board предлагает дополнительные возможности, которые позволяют изменять, проверять и обновлять соединения в процессе разработки проекта.

Разделить соединение

В тех случаях, когда соединитель дочернего проекта служит для связи более чем с одним проекта, то контакты/цепи этого соединителя можно логически разделить с помощью функции Split (Разделить) в редакторе Multi-board – на практике это означает, что один модуль соединен с двумя другими.

Например, это может быть проект с гнездом соединителя на плате, куда будут подключены два разъема других плат – разделенные сигналы от одного (например, 20-контактного) соединителя будут распределены на два разъема (например, 10-контактных) других плат.

Чтобы разделить соединение, выберите модуль, а затем вход в панели Properties. Нажмите кнопку и в открывшемся диалоговом окне Split Entry выберите контакты/цепи, которые вы хотите отделить в другой вход. Нажмите кнопку , чтобы подтвердить выбор.

В редакторе будет автоматически создан новый вход модуля с контактами/цепями, которые были отделены и которые затем можно соединить с другим модулем при необходимости.

В показанном примере вход HDR6 модуля M1 необходимо соединить со входами модулей M2 (LCD-дисплей) и модулем M3 (плата источника питания). Вход HDR6 был логически разделен, чтобы соединить три цепи питания со входом HDR3 модуля питания M3. Будет создан дополнительный вход HDR6 модуля M1 (HDR6 [1-2,15]), три цепи которого необходимо соединить с модулем M3, а изначальному входу HDR6 будут автоматически переназначены оставшиеся 17 соединений, которые необходимо соединить со входом HDR1 модуля M2.

Выделите объект Connection в рабочей области, чтобы увидеть входящие в него цепи в панели Properties. В примере часть цепей соединителя HDR6 соединена с HDR3 через проводное соединение W-PS, которое представляет три линии питания между платой Main Board (M1) и источником питания Power Supply (M3). Как показано выше, каждый виртуальный провод из списка в области Connections панели Properties также включает в себя название входа, контакт и цепь на каждом из концов в столбцах From (От) и To (До).

Редактирование соединений

Соединения между модулями не обязательно должны соответствовать поконтактно, например когда соединитель разделен для его проводного соединения с различными платами.

Чтобы изменить соответствие между контактами/цепями соединения модулей, выделите объект Connection в рабочей области и измените назначения в разделе Connections панели Properties.

Используйте выпадающие списки From (От) и To (До), чтобы задать новое назначение цепи для этого отдельного соединения или провода между модулями.

Connection Manager (Диспетчер соединений)

Вся информация о соединениях в проекте Multi-board собрана в диалоговом окне Connection Manager (Design » Connection Manager).

В этом диалоговом окне находится список всех назначений контактов/цепей, сгруппированные по обозначениям их родительских соединений и типам (провод, прямое соединение и т.д.). Также здесь содержится их системные ID, названия цепей и информация о контактах. С помощью опции вы можете отобразить в списке информацию о точном совпадении контактов.

В нижней области Conflict Resolution (Устранение конфликтов) диалогового окна будут отображены обнаруженные в ходе изменений проекта противоречия между текущим проектом Multi-board и исходными (дочерними) проектами.

Изменения проекта Multi-board

При проектировании системы Multi-board его дочерние проекты могут изменяться в процессе разработки, и эти изменения необходимо синхронизировать с Multi-board. Процесс обновления осуществляется путем повторного импорта дочерних проектов в проект Multi-board с помощью Engineering Change Order (ECO).

Импортируйте изменения всех дочерних проектов в Multi-board с помощью команды Design » Import From Child Projects, либо используйте Design » Import From Selected Child Projects для повторного импорта данных о соединениях модулей, выделенных в рабочей области. Эти команды также доступны в контекстном меню Design графического обозначения модуля.

Исполнение ECO обнаружит все различия между текущими данными о соединениях и данными, которые были импортированы из дочерних проектов. Эта информация содержится в диалоговом окне Connection Manager (Design » Connection Manager), который также используется, чтобы принять или отклонить обновленные данные из дочерних проектов.

Устранение конфликтов

В списке диалогового окна Connection Manager будут выделены все соединения, оцененные как конфликтные, что на практике означает, что изменения импортированных данных не согласуются с текущими соединениями. Выберите подсвеченную цепь в списке, чтобы увидеть графическое представление конфликта и перейти к опциям, которые позволят устранить его.

Информация о цепях, показанная в подсвеченных полях в списке Connection Manager, представляет предлагаемое изменение. В показанном примере цепи на контактах 4 и 5 HDR1 в дочернем проекте LCD Module находятся в другом порядке – по сути, они поменяны местами.

Диспетчер соединений Connection Manager обработает это изменение и предложит подходящие исправления в Conflict Resolution. Варианты устранения конфликта включают в себя:

• Confirm (Подтвердить) – цепи контактов 4 и 5 для соединителя HDR1 в модуле M2 будут изменены в проекте Multi-board для соответствия обновленным назначениям.
• Revert (Обратить) – Текущее соответствие цепей и контактов для HDR1 в модуле M2 будет сохранено. Изменение будет проигнорировано проектом Multi-board. Обратите внимание, что проект Multi-board не будет сопоставлять назначения цепей в дочерних проектах.
• Swap Pins (Поменять местами контакты) – Назначения контактов/цепей на другом конце соединения (в HDR6 модуля M1, главной платы) будет изменено для соответствия между модулями M1 и M2.
• Swap Wires (Поменять местами провода) – Виртуальные провода, соединяющие HDR1 модуля M2 и HDR6 модуля M1, будут изменены (в данном случае – переставлены местами), чтобы исправить конфликт соединения цепей, а на назначения контактов/цепей соединителей не будут изменены. В примере провод W2 будет соединять контакт 4 в HDR6 и контакт 5 в HDR1, а W3 – контакты HDR6-5 и HDR1-4.

После выбора варианта устранения конфликта появится диалоговое окно, подтверждение в котором выполнит действие по устранению всех конфликтов того же типа.

Исправленные назначения цепей будут выделены зеленым, и они будут отражены в нижней графической части диалогового окна. Нажмите кнопку , чтобы применить все обновленные назначения в проекте Multi-board.

После применения изменений для устранения конфликтов их можно изучить в панели Properties, когда соответствующее соединение выбрано в рабочей области.

В примере, показанном ниже, конфликт для соединения W-LCD был устранен вариантом Swap Wires, где были заменены провода W2 и W3, и цепи Reset и Read/Write теперь соответствуют соединению между модулями (LCD_RW# → RSW и LCD_RS# → RS соответственно).

Изменение дочерних проектов

Чтобы поддерживать синхронизацию между схемой Multi-board и дочерним проектом, проект многомодульной конструкции позволяет проводить двунаправленный обмен данными о контактах/цепях. Данные о соединениях импортируются в проект Multi-board из дочерних проектов, как описано выше, и данные о соединениях из проекта Multi-board могут быть переданы обратно в исходные дочерние проекты с помощью функции обновления – Design » Update Child Projects. Чтобы обновить отдельный дочерний проект, выберите соответствующий модуль и выберите команду Design » Update Selected Child Projects. Обе команды доступны в контекстном меню Design модуля.

После запуска команды редактор сравнит данные о соединении проекта Multi-board и дочерних проектов. Все обнаруженные различия будут выведены в список диалогового окна Engineering Change Order (ECO), либо появится диалоговое окно с сообщением, что различий не было обнаружено, т.е. для синхронизации проектов не нужно проводить никаких изменений.

В примере ниже было обнаружено различие, что цепи RS и RSW были заменены в соединителе HDR1 в дочернем проекте платы LCD (M2 в проекте Multi-board), и ECO предлагает замену контактов в исходном проекте для синхронизации цепей.

При выполнении ECO (после их опциональной валидации) контакты соединителя HDR1 в модуле LCD поменяются местами.

Обратите внимание, что процесс обновления дочерних проектов обычно выполняется после устранения всех конфликтов в диалоговом окне Connection Manager, чтобы синхронизировать дочерние проекты в соответствие с проектом Multi-board.

В примере выше связь контактов/цепей дочернего проекта была восстановлена в состояние, предшествующее ее изменениям. Это эквивалентно тому, что измененные данные дочернего проекта были импортированы в проект Multi-board, и конфликт соединения был решен вариантом Revert. Если для устранения конфликта был использован вариант Swap Pins, в проекте главной платы были бы заменены контакты 4 и 5 соединителя HDR6.

Прочие обнаруженные и устраненные изменения, такие как несоответствие названия цепей, синхронизируется прямым обновлением дочернего проекта.