Dateibasierte Komponentenbibliotheken

Die Bauteile und ihre Verbindungen machen Ihr einzigartiges elektronisches Produkt aus. Die Bauteile sind die grundlegenden Bausteine dieses Produkts. Doch was genau ist ein Bauteil und wo werden Bauteile gespeichert?

In der realen Welt sind Bauteile greifbare Objekte und daher relativ leicht zu identifizieren. In der virtuellen Welt des Designs müssen Bauteile jedoch durch eine Reihe von Modellen abstrahiert werden, die in den verschiedenen Designdomänen verwendet werden können. Bei der Designerfassung und -umsetzung wird ein Bauteil als Symbol im Schaltplan, als Footprint auf der Leiterplatte, als SPICE-Modell für die Simulation, als Signalintegritätsbeschreibung zur Analyse der Signalqualität und als dreidimensionales Modell zur 3D-Visualisierung von Bauteilen und Leiterplatten dargestellt. Ein Bauteil mit einer anderen Darstellung für jede Designdomäne.

Jede Designdomäne erfordert ein spezielles Modell. Bei der Schaltplanerfassung wird dieses Modell als Symbol bezeichnet. Da die Designumgebung auf der Idee basiert, dass das Design mit dem Schaltplan beginnt, wird das Schaltplansymbol verwendet, um die verschiedenen Modelle miteinander zu verknüpfen.

Parameter ergänzen dann die weiteren Angaben, die zur Identifizierung des realen physischen Bauteils erforderlich sind, beispielsweise Leistung, Toleranz, Beschaffungsdetails, Datenblattverweise usw.

Das Symbolmodell ist mit den anderen Modellen verknüpft, um das Bauteil in jeder Domäne vollständig zu beschreiben. Das 3D-Modell wird dabei innerhalb des Footprints platziert.

Modelle und Modellbibliotheken

Jeder Modell- und Bauteiltyp muss in einer Modelldatei oder Bibliothek gespeichert werden. Einige verwenden ein standardisiertes Dateiformat wie SPICE, andere ein proprietäres Format wie die Schaltplanbibliotheksdatei, in der Schaltplansymbole oder Bauteile gespeichert werden.

Einige Modellarten, etwa SPICE, werden mit einem Modell pro Datei gespeichert. Diese Dateien werden als Modelldateien bezeichnet. Andere, wie Leiterplatten-Footprints, werden in einer Datei gespeichert, die einen oder mehrere Footprints aufnehmen kann. Diese Dateien werden als Modellbibliotheken bezeichnet.

Übersicht der Modell- und Bibliothekstypen

Die Unterstützung der vielfältigen Designaufgaben im elektronischen Entwicklungsprozess erfordert zahlreiche Modellarten und Bibliotheksformate.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die einzelnen Modell- und Bibliotheksarten.

Das Bauteil

Ein Bauteil kann von einem einfachen Widerstand mit zwei Anschlüssen bis hin zu einem großen Steckverbinder mit mehreren Hundert Pins reichen. Damit Sie die Bauteile flexibel auf den Schaltplanblättern anordnen können, bietet die Software eine Reihe nützlicher Funktionen für deren Darstellung. 

Ist es ein Symbol oder ein Bauteil?

Sobald Sie Modelle anderer Domänen verknüpft und Parameter hinzugefügt haben, wird das Symbol zu einem Bauteil. Viele Entwickler bezeichnen es weiterhin als Symbol, wenn sie es im Schaltplan sehen, denn genau das sehen sie. Mit diesem Symbol sind jedoch die Modelle anderer Domänen und die Parameterangaben verknüpft, die es als Bauteil definieren. In diesem Dokument wird der Begriff symbol verwendet, um die grafischen Objekte und Pins zu beschreiben, die im Schaltplanbibliothekseditor platziert werden. In allen anderen Fällen wird es als component bezeichnet.

Das Symbol wird im Schaltplanbibliothekseditor erstellt. Sobald Sie Verknüpfungen zu Modellen und Parameter hinzufügen, wird es zu einem Bauteil. Die Bauteilangaben können im Schaltplanbibliothekseditor hinzugefügt werden. Wenn Sie eine Bibliothek vom Typ DbLink oder DbLib verwenden, können die Angaben auch aus einer Datenbank abgerufen und dem Symbol bei der Platzierung im Schaltplan hinzugefügt werden (mehr dazu später). Alternativ können die Angaben hinzugefügt werden, nachdem das Symbol auf dem Schaltplanblatt platziert wurde.

Das Symbol

Das Symbol wird im Schaltplanbibliothekseditor erstellt. Dazu werden zunächst grafische Objekte platziert, um die gewünschte Form zu erzeugen. Anschließend werden die Pins hinzugefügt. Erst die Pins verleihen dem Bauteil seine elektrische Funktionalität. Die Software erkennt sie als elektrische Anschlusspunkte, die den Pads des Leiterplatten-Footprints zugeordnet werden.

 
Symbole reichen von kleinen, einfachen Darstellungen bis hin zu Bauteilen mit hoher Pinanzahl, die aus mehreren Teilkomponenten bestehen.

Die dateibasierten Bibliotheken

Altium Designer unterstützt verschiedene Arten dateibasierter Bibliotheken, die im Folgenden beschrieben werden.

Schaltplan- und Leiterplattenmodelle sowie Modellbibliotheken

Main pages: Schaltplanbibliotheken, Leiterplattenbibliotheken

In den Anfängen der elektronischen Entwurfsautomatisierung gab es zwei Entwurfsbereiche: Schaltplanerfassung und Leiterplattenlayout. Die Ergebnisse der Schaltplanerfassung waren gedruckte Schaltplanblätter, während das Leiterplattenlayout die Dateien für die Leiterplattenfertigung und -bestückung lieferte.

Hierfür musste der Entwickler Schaltplansymbole erstellen und speichern können, um sie anschließend auf dem Schaltplanblatt zu platzieren. Angaben wie Bauteilwert, Spannung, Leistung, Footprint usw. wurden häufig erst hinzugefügt, nachdem das Symbol aus der Symbolbibliothek auf dem Schaltplanblatt platziert worden war.

Bei Footprints lag der Schwerpunkt der Bearbeitungsfunktionen darauf, den Entwurf als eine Reihe von Lagen umzusetzen, die die für die Fotovorlagen benötigten Formen enthielten. Diese Ausrichtung auf die Ausgabe bestimmte, welche Formen unterstützt wurden – bis hin zur Schriftart für den Referenzbezeichner und andere Texte auf dem Bestückungsdruck.

Diese einfachen Symbole und Footprints wurden in Bibliotheken erstellt und gespeichert, wobei beide Typen anfangs die Dateierweiterung *.Lib hatten. Nachdem Windows die Beschränkung auf drei Zeichen für Dateierweiterungen aufgehoben hatte, wurden diese in *.SchLib für Schaltplansymbole und *.PcbLib für Footprints geändert. 

Schaltplan- und Leiterplattenbibliotheken dienen als Speichercontainer für Modelle. 

Die integrierte Bibliothek

Main page: Integrierte Bibliotheken

Mit der Zeit wuchs der Wunsch, die Bauteilerstellung vom Produktentwurf zu trennen. Anstatt Bauteildetails erst nach dem Platzieren des Symbols auf dem Schaltplanblatt hinzuzufügen, wollten Entwicklungsteams das Bauteil bereits in der Bibliothek vollständig definieren. Darüber hinaus entwickelten sich weitere Entwurfsbereiche, etwa die Schaltungssimulation, sodass auch Modelle für diese Bereiche unterstützt werden mussten. Bei der Erstellung einsatzbereiter Bauteile muss außerdem die Zuordnung zwischen Symbol und Modell überprüft werden können. Anschließend müssen diese Bauteile in einer einzigen, direkt verwendbaren Bibliotheksdatei bereitgestellt werden.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde die integrierte Bibliothek (*.IntLib) entwickelt. Sie enthält alle Modellarten in einer einzigen Datei. Die Quelle einer integrierten Bibliothek ist ein Bibliothekspaket (*.LibPkg), ein Entwurfsprojekt, das die zugrunde liegenden Symbole, Footprints und Simulationsmodelle zusammenführt. Beim Kompilieren des Bibliothekspaketprojekts wird die Zuordnung zwischen Symbol und Modell überprüft und die integrierte Bibliothek erstellt. Mit einer IntLib wird die Bibliothek somit zu einer Quelle für direkt platzierbare, einsatzbereite Bauteile. Dies ist eine gute Lösung für mittlere bis große Unternehmen, die die Bauteilerstellung vom Produktentwurf trennen möchten.

Glossar