Статьи

Как удобно проектировать устройства из нескольких электронных модулей?

Аннотация

Современные инструменты класса ECAD на сегодняшний день закрывают большинство потребностей разработчиков электронных устройств. Однако в проектировании изделий, содержащих в своем составе несколько связанных печатных узлов, зачастую возникают проблемы, до недавнего времени остававшиеся без внимания разработчиков средств проектирования.

Введение

Ни для кого не секрет, что время и средства, потраченные на разработку трех изделий с одним печатным узлом в своем составе, как правило, меньше, чем на разработку одного устройства с тремя печатными узлами. Все дело в том, что при таком проектировании необходимо учитывать гораздо больше нюансов, таких как соединение узлов между собой, их взаимное расположение, расположение деталей корпуса относительно узлов.
Раньше для того, чтобы убедиться, отсутствуют ли пересечения в сборочной модели, верно ли назначены цепи в соединителях печатных узлов, разработчикам приходилось использовать либо дополнительные средства проектирования (CAD), либо скрупулезно заниматься сверкой цепей по электрическим схемам. Обнаружение ошибок в данных моментах на поздних этапах проектирования приводит к дополнительным итерациям доработок и в конечном итоге удорожают себестоимость изделия и затягивают сроки его выхода на рынок.

Инструмент Multi-board Design

Для решения данных задач в ПО Altium Designer начиная с версии 18.0 присутствует специальный инструмент Multi-board Design. Рассмотрим применения функционала Multi-board Design на примере GSM модуля сигнализации (см. рис.1), состоящего из двух печатных узлов и корпуса. Оба узла являются самостоятельными проектами со своими электрическими схемами. Они будут являться дочерними для многомодульного проекта.

Рисунок 1 Печатные узлы проекта Multi-board Design

Задание логической структуры устройства


Рисунок 2 Добавление схемы верхнего уровня


Создание многомодульного проекта начинается с задания логической структуры изделия. Для этого необходимо создать проект Multi-board (*.PrjMdb)и добавить в него документ схемы Multi-board (*.MdsDoc), как показано на рис.2. Связь между дочерними схемами задается размещением соответствующих модулей (объектов Module) на схеме и соединением их входов (объектов Module Entry) с помощью виртуальных соединений и/или проводников. Поместив модули на общую схему с помощью соответствующей команды в меню Active Bar, следует выполнить команду Design-Update from child projects. Данная операция создает объекты типа «Соединение» для каждого разъема из схемы дочерних проектов. Важно, чтобы в дочерних схемах у разъемов, участвующих в межплатном соединении, в свойствах был создан параметр с именем «System» и значением «Connector».

Рисунок 3 Схема верхнего уровня с дочерними модулями


После этого необходимо задать связь между разъемами печатных узлов в общей схеме. Для этого следует использовать одну из команд меню Place – Direct connection/Wire/Cable/Harness, в зависимости от типа соединения. В итоге общая схема с модулями дочерних проектов и межсоединениями должна выглядеть, как на рис. 3.
Рисунок 4 Окно инструмента Connection Manager


Важное преимущество подобного подхода – возможность оперативно и безошибочно изменять адресацию цепей в межплатных соединениях. Это особенно удобно в случае одновременного проектирования дочерних печатных плат. За этот функционал отвечает инструмент Connection Manager (см. рис. 4), расположенный в меню Design.
Если изменить адресацию цепей в Connection Manager, то эти изменения будут транслированы в дочерние проекты. Тем самым исключается необходимость вручную изменять цоколевку разъемов во всех дочерних схемах. Также присутствует возможность выгрузить таблицу соединений в виде таблицы Microsoft Excel.
После того, как логическая структура изделия создана, можно приступать к созданию сборки изделия.

Создание физической сборки составного устройства


Рисунок 5 Добавление сборки составного устройства


Создание сборки многомодульного устройства начинается с добавления в проект сборки Multi-board (*.MbaDoc), как изображено на рис. 5. Вставка моделей дочерних узлов производится с помощью команды Design-Insert PCB part. Доступна вставка как и отдельных файлов печатных узлов *.pcb, так и файлов других многомодульных сборок. Таким образом, структура сборки верхнего уровня может быть иерархической и состоять из нескольких подсборок. Такой подход может быть применен в случае одновременного проектирования составной конструкции несколькими разработчиками. Для взаимодействия с CAD системами используется нейтральный формат STEP. Перед началом создания механических зависимостей и совмещения деталей рекомендуется зафиксировать одно из тел, принятых в качестве базового. Делается это кликом ПКМ по базовому объекту и включением параметра Lock Selected Part. Таким телом может быть деталь корпуса или, например, один из печатных узлов. Совмещение тел производится с помощью зависимостей типа Plane-to-Plane и Axis-to-Axis. Механизм работы зависимостей аналогичен принципам работы в большинстве CAD систем, поэтому механизм совмещения довольно прост в работе. Стоит отметить, что механика использования зависимостей в Multi-board непрерывно расширяется в каждой новой версии Altium Designer.

Рисунок 6 Отображение найденных геометрических пересечений


После завершения сборки следует воспользоваться полезной функцией – проверка касания/пересечения тел, запускаемой командой Tools-Check Collisions. При наличии искомых нарушений, они будут подсвечены в рабочей области цветом (см. рис. 6) и выведены в виде списка с описанием во вкладке Messages. Также в любой момент отслеживать пересечения тел можно визуально с помощью инструмента Toggle Section View (разрез).
Производить изменения в дочерних узлах можно не только в самих файлах *.pcb, но и прямо из окна Multi-board. Для этого используйте команду Edit Selected Part из контекстного меню, вылелив выбранный модуль. В данном режиме доступно перемещение компонентов по поверхности платы. Все изменения, произведенные в этом режиме, после сохранения будут продублированы в дочерних платах.

Рисунок 7 Панель инструментов Multiboard Assembly

При работе с Multi-board (*.MbaDoc) становится доступной новая панель инструментов Multi-board Assembly (см. рис.  7), структура которой представляет из себя дерево построений со списком моделей и зависимостей, аналогично классическим CAD приложениям.
Одной из важных особенностей работы в Multiboard является возможность отслеживания изменений в дочерних проектах и обновление их в сборке верхнего уровня. Делается это простой командой Update Selected Part/Update All Parts в контекстном меню при нажатии ПКМ на любой из моделей в зависимости от того, требуется выполнить обновление конкретного узла или же всех, входящих в сборку.

Заключение

Разработчики систем ECAD непрерывно совершенствуют инструменты разработки, расширяя функционал и охватывая новые этапы проектирования изделий. Компания Altium предоставляет инженерам новую возможность повысить качество проектирования продуктов новым расширением Multi-board Design. Одним из немаловажных аспектов является то, что инструмент поставляется в составе стандартного ПО Altium Designer, не требует отдельной покупки лицензий и установки дополнительных программ, вместе с этим являясь максимально нативным инструментом, бесшовно встроенным в привычный интерфейс Altium Designer, а регулярно дополняемые инструкции [1] позволят пользователям без особых усилий освоить интерфейс инструмента.
Использование инструмента Multi-board Design позволяет значительно повысить качество проектирования многомодульных устройств за счет средств программного и визуального контроля. Функционал Multi-board Design позволяет ПО Altium Designer называться комплексной системой проектирования электронных устройств.

Литература

1.      Документация Altium Designer
https://www.altium.com/ru/documentation/altium-designer/designing-systems-with-multiple-boards-ad
2.      Youtube канал Altium Russia
https://www.youtube.com/channel/UCvZ_kyV4ATrQfjmtVpuj0LQ

Altium Designer