Проектирование устройств из нескольких электронных модулей

Многие изделия включают несколько взаимосвязанных печатных плат. Размещение этих плат в корпусе и обеспечение их правильного соединения друг с другом — сложный этап разработки изделия. Правильно ли назначены цепи на каждом разъеме? Верно ли ориентированы разъемы? Стыкуются ли вставные платы? Помещаются ли все соединенные платы в корпус? Ошибка на столь позднем этапе цикла разработки изделия обходится дорого: она влечет затраты на переработку и задержку выхода на рынок.

Для решения этих задач необходима среда проектирования с поддержкой проектирования на уровне системы. В идеале она должна позволять как определять функциональную, или логическую, структуру системы, так и собирать различные платы вместе, проверяя правильность их логических и физических соединений.

Altium Designer позволяет проектировать электронные изделия на уровне системы благодаря функциональным возможностям многоплатного проектирования.

Структура многоплатного проекта

Современные сложные электронные изделия, как правило, состоят из нескольких печатных плат, соединенных в единую функциональную систему. И изделие с основной платой и ЖК-модулем передней панели, и сложная система с активной объединительной платой и вставными платами реализуются как система из нескольких печатных плат.

Для этого требуется система проектирования высокого уровня, позволяющая электрически и физически соединять несколько «дочерних» проектов печатных плат, сохраняя целостность связей между их выводами и цепями. Altium Designer поддерживает интегрированное проектирование на уровне системы в специальной среде Multi-board Design, которая охватывает как логические (схемные), так и физические (печатные платы) аспекты проектирования системы.

Для многоплатного проектирования на уровне системы в Altium Designer предусмотрен специальный тип многоплатного проекта (*.PrjMbd), включающий документ логической схемы (*.MbsDoc) и документы физической компоновки на основе печатных плат (*.MbaDoc). Эти типы документов позволяют включать существующие проекты печатных плат в среду многоплатного проектирования, где их соединяют, редактируют и проверяют как единую систему.

Новый многоплатный проект можно создать так же, как проект печатной платы или жгута. Выберите команду File » New » Project в главном меню, чтобы открыть диалоговое окно Create Project. Выберите пункт <Empty> или доступный шаблон проекта в списке Multiboard.

Многоплатный проект поддерживает следующие документы:

• Многоплатная схема (*.MbsDoc) — графические блоки (модули), представляющие дочерние проекты печатных плат, размещаются и соединяются друг с другом для создания логической схемы системы.

• Многоплатная сборка (*.MbaDoc) — физическое представление логической схемы системы, описанной в документе многоплатной схемы. Этот документ заполняется данными печатных плат, импортированными из многоплатного проекта. Печатные платы, на которые ссылаются модули многоплатной схемы, загружаются в документ многоплатной сборки, где можно разместить каждую плату (и при необходимости корпус).

• ActiveBOM (*.BomDoc) — содержит спецификацию компонентов, используемых в дочерних проектах печатных плат.

  Спецификация на уровне системы

  Важнейшая часть производственных данных проекта — достоверный перечень необходимых компонентов и связанных с ними данных, оформленный в виде спецификации (BOM). Altium Designer предоставляет расширенный инструмент ActiveBOM, который также обеспечивает доступ к актуальной информации о выпускаемых компонентах и поставщиках, характеристиках компонентов, статусе жизненного цикла, наличии и многом другом. Вся эта информация собирается и обрабатывается в документе ActiveBOM проекта. При многоплатном проектировании документы ActiveBOM можно создавать непосредственно в многоплатном проекте, получая единую спецификацию для всего проекта без необходимости вручную объединять данные из спецификаций отдельных подпроектов.

  Спецификация уровня системы получает параметры компонентов из документа многоплатной сборки, который, в свою очередь, получает сведения о компонентах из подпроектов многоплатного проекта, определенных в многоплатной схеме. Поэтому необходимо, чтобы подпроекты были актуальны, а их схемы и печатные платы — синхронизированы. То же требование относится к документам многоплатной схемы и сборки (Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc или Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd соответственно).

  Чтобы убедиться, что многоплатная сборка содержит правильные данные о компонентах проекта, выберите команду Update All Parts в главном меню Edit или в контекстном меню рабочей области редактора многоплатной сборки.

  Многоплатная спецификация верхнего уровня также содержит сведения об исходном проекте для каждой позиции в столбцах модуля: ModuleAssembly, ModuleDesignator, ModuleSource и ModuleTitle (их видимостью можно управлять на вкладке Columns панели Properties).

  

  Спецификация уровня системы представляет собой сводный источник сведений о компонентах всего изделия — на практике это набор соединенных модулей проектов печатных плат. Она включает данные о компонентах и цепочках поставок для всех подпроектов, а также сводную информацию, например общую стоимость отдельных типов компонентов и стоимость всех компонентов многоплатного проекта.

  Обратите внимание: данные из документов BOM во вложенных проектах не используются в документе BOM уровня системы. Однако изменения, внесенные в BomDoc вложенного проекта, например изменение позиционного обозначения компонента или выбора компонента, применяются к самому проекту и затем отражаются в BomDoc многоплатной системы.

  Как отмечено выше, любые изменения данных компонентов во вложенном проекте необходимо перенести в документ сборки многоплатной системы (Update All Parts), прежде чем они отразятся в BomDoc многоплатной системы.

  Важное преимущество ActiveBOM — возможность предоставлять в реальном времени информацию о цепочке поставок компонентов проекта, включая данные производителей и проверенные источники поставок. BOM уровня системы может содержать дополнительные данные о деталях, относящихся к изделию в целом, например о механических и мехатронных деталях, соединительных кабелях, жгутах проводов и т. д. Эти данные хранятся в виде part choices и используются в BomDoc как сопоставленные solutions.

  Например, кабели, соединяющие модули многоплатной системы, представлены на схеме многоплатной системы своими концевыми элементами. Эти кабельные разъемы можно включить в BOM уровня системы вместе с соответствующим вариантом поставки либо с указанием конкретной детали и источника поставки, добавленным вручную ().

  Дополнительные сведения см. на странице Управление вариантами поставки.

• Документ Draftsman (*.MbDwf) — в него импортируются виды сборки многоплатной системы, добавляются аннотации и вся дополнительная информация, необходимая для изготовления изделия.

• Файл Output Job (*.OutJob) — набор выходных данных, необходимых для изготовления многоплатной системы как единого изделия, можно предварительно настроить с помощью файла Output Job. Для каждого типа выходных данных задаются собственные параметры и формат вывода, например в файл или на принтер. Один и тот же файл Output Job, настроенный для проекта многоплатной системы, затем можно повторно использовать в других проектах, экономя время и усилия при подготовке выходных данных для каждого нового проекта.

  Хотя файлы Output Job упрощают подготовку и формирование выходных данных, выходные данные многоплатной системы также можно формировать непосредственно из документов проекта (например, с помощью команд File » Export для документа сборки многоплатной системы или команды Reports » Bill of Materials для документа ActiveBOM).

  Поддерживаемые выходные данные для многоплатной системы

  Documentation Outputs

  • PDF 3D MBA

  Подробнее см. в разделе Подготовка файла PDF3D.

  Report Outputs

  • Спецификация

  • Сравнение BOM

  • Экспорт комментариев

  Подробнее см. в разделе Подготовка отчетов.

  Validation Outputs

  • Проверки BOM

  • Состояния компонентов

  • Соответствие конфигурации

  Подробнее см. в разделе Подготовка отчетов о проверке.

  Export Outputs

  • Экспорт MBA в PARASOLID

  • Экспорт MBA в STEP

  Подробнее см. в разделе Поддержка импорта и экспорта механических данных.

  PostProcess Outputs

  • Копирование файлов

  Подробнее см. в разделе Подготовка выходных данных постобработки.

Создание логической схемы системы

Чтобы приступить к созданию схемы многоплатной системы, добавьте в проект многоплатной системы новый документ схемы многоплатной системы. Для этого щелкните правой кнопкой мыши запись проекта на панели Projects и выберите команду Add New to Project » Multi-board Schematic в контекстном меню. В рабочей области появится документ схемы многоплатной системы с настройками по умолчанию.

Созданный документ схемы многоплатной системы станет активным документом в рабочей области.

Параметры документа схемы многоплатной системы настраиваются на панели Properties, когда в рабочей области не выбран ни один объект. Основные параметры настраиваются на вкладке General панели:

• Единицы измерения (область General) — выберите предпочтительные единицы измерения (mm или mils) для документа.
• Настройки сетки и привязки (область General) — задайте необходимые значения для удобной навигации и размещения объектов.
• Параметры страницы (область Page Options) — настройте Formatting and Size, а также Margins and Zones для документа. Можно выбрать доступный Template, выбрать размер листа Standard или задать размер Custom.

Настройте параметры документа схемы многоплатной системы на панели Properties.

Подробнее см. в разделе Настройка документа схемы многоплатной системы.

Чтобы представить дочерний проект печатной платы на схеме многоплатной системы, разместите модуль с помощью команды Place » Module главного меню. На панели Properties для выбранного модуля задайте его Designator и Title, а также исходный проект печатной платы, с которым связан модуль. С помощью кнопки  рядом с полем Source укажите локальный проект или проект из рабочего пространства, а в раскрывающемся списке Assembly/Board выберите нужную печатную плату в этом проекте.

Настройте источник и другие свойства модуля на панели Properties.

Подробнее о модулях.

Импортируйте данные проектов, на которые ссылаются размещенные модули, с помощью команды Design » Import From Child Projects главного меню. Откроется диалоговое окно Engineering Change Order со списком изменений (Engineering Change Order – ECO), необходимых для синхронизации данных о соединениях на многоплатной схеме с дочерними проектами.

• По умолчанию все изменения включены в список для выполнения ECO. При необходимости отдельные изменения можно включать или отключать.

• Нажмите кнопку , чтобы проверить изменения, включенные в ECO. Результаты проверки появятся в столбце Check в области Status диалогового окна.

• Убедившись в правильности запланированных изменений, нажмите кнопку , чтобы выполнить ECO и применить содержащиеся в нем корректные изменения. Результаты выполнения появятся в столбце Done в области Status диалогового окна.

При выполнении ECO в соответствующем модуле создается порт модуля для каждого разъема. Компонент дочернего проекта печатной платы считается разъемом многоплатного проекта, если у него есть параметр с именем System и значением Connector.

Подробнее об обновлении системного проекта.

Чтобы отобразить соединения между дочерними проектами, их модули на многоплатной схеме соединяют друг с другом с помощью соединений различных типов. Выберите команду Direct Connection, Cable или Harness в главном меню Place, затем протяните линию соединения между точками подключения портов модулей.

Размещайте соединения с помощью команд главного меню Place.

Два модуля соединены двумя прямыми соединениями между их портами.

Выберите линию соединения, чтобы просмотреть и изменить соответствующие параметры соединения на панели Properties.

Подробнее о типах соединений.

Чтобы проверить многоплатный проект, выберите команду Design » Run ERC в главном меню. Проект будет проверен в соответствии с настройками на вкладке Error Reporting диалогового окна Project Options. Чтобы открыть это окно, щелкните правой кнопкой мыши по записи проекта на панели Projects и выберите Project Options. Обнаруженные нарушения будут перечислены на панели Messages.

Подробнее о создании логической структуры системы.

Создание физической многоплатной сборки

После определения логической структуры системы на многоплатной схеме создается физическая компоновка многоплатного проекта путем размещения плат в многоплатной сборке.

Чтобы добавить новый документ многоплатной сборки в многоплатный проект, щелкните правой кнопкой мыши по записи проекта на панели Projects и выберите команду Add New to Project » Multi-board Assembly в контекстном меню. В рабочей области появится документ многоплатной сборки, созданный по умолчанию.

Вновь созданный документ многоплатной сборки станет активным документом в рабочей области.

Чтобы загрузить в многоплатную сборку платы, на которые ссылаются модули многоплатной схемы, используйте команду Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc главного меню редактора многоплатных схем (или команду Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd в редакторе многоплатных сборок). Откроется диалоговое окно Engineering Change Order со списком изменений, необходимых для добавления плат в сборку. Нажмите кнопку , чтобы проверить изменения, включенные в ECO, затем нажмите кнопку , чтобы выполнить ECO и применить содержащиеся в нем корректные изменения.

После нажатия кнопки  платы будут загружены в редактор многоплатных сборок, и диалоговое окно Engineering Change Order можно будет закрыть.

Многоплатная сборка после обновления на основе многоплатной схемы.

Для навигации по многоплатной сборке используйте следующие сочетания клавиш и действия:

• Ctrl+Mouse Wheel – увеличение и уменьшение масштаба

• Right-Click, Hold&Drag – панорамирование

• Shift + Right-Click, Hold&Drag – вращение

Также можно использовать манипулятор в левом нижнем углу рабочей области, чтобы ориентировать вид вдоль основных осей, нажимая на стрелки и плоскости манипулятора.

Чтобы задать положение и ориентацию платы в сборке, выберите ее и используйте стрелки и дуги появившегося манипулятора объекта для перемещения и вращения платы в соответствующих направлениях.

Чтобы управлять двумя платами как одним объектом, можно создать сопряжение между выбранными точками на поверхности каждой из них. Для сопряжения двух плат:

1. Выберите команду Tools » Mating в главном меню.
2. Наведите курсор на плоскую или цилиндрическую поверхность целевой платы и выберите на ней точку, чтобы задать первое место сопряжения.
3. Наведите курсор на плоскую или цилиндрическую поверхность исходной платы и выберите на ней точку, чтобы задать второе место сопряжения. Исходная плата переместится так, чтобы исходная и целевая точки сопряжения совпали, а плоскости их поверхностей и перпендикулярные оси были совмещены.
4. Используйте панель Properties или перечисленные на ней сочетания клавиш для настройки параметров сопряжения.

В многоплатную сборку можно загружать модели STEP, например, чтобы дополнить ее корпусом или другими механическими деталями. Для добавления модели STEP используйте команду Design » Insert STEP Part главного меню.

❯ ❮ Javascript ID: MBA_STEP

Чтобы проверить многоплатную сборку на коллизии (ситуации, когда поверхности двух объектов соприкасаются или пересекаются), выберите Tools » Check Collisions команду в главном меню. Все коллизии будут отображены на панели Messages и выделены в рабочей области. Обратите внимание, что сопряженные поверхности не считаются коллизиями.

Подробнее см. Создание физической многоплатной сборки.

Создание производственного чертежа

После завершения многоплатной сборки можно создать производственный чертеж и добавить на него аннотации. Производственный чертеж многоплатной конструкции создается в редакторе Draftsman.

Чтобы добавить новый документ многоплатной сборки в многоплатный проект, щелкните правой кнопкой мыши запись проекта на панели Projects и выберите команду Add New to Project » Draftsman Document в контекстном меню. Откроется диалоговое окно New Document, в котором можно выбрать предустановленный шаблон документа или вариант [Default] для создания пустого документа формата A4. После нажатия OK в рабочей области появится новый документ Draftsman.

Новый документ Draftsman станет активным документом в рабочей области.

В производственном чертеже многоплатного проекта доступны следующие виды:

• Вид многоплатной сборки – автоматически сформированное графическое представление контуров печатных плат и 3D-моделей, составляющих многоплатную сборку.

• Вид в разрезе – чертеж сечения, полученного в заданном месте разреза размещенного вида многоплатной сборки.

• Выносной элемент платы – отдельное увеличенное изображение заданной области вида многоплатной сборки.

• Реалистичный вид платы – масштабируемое 3D-изображение текущей многоплатной сборки.

Чтобы разместить вид на чертеже, выберите команду для нужного типа вида в меню Place редактора Draftsman: Multiboard View или команду из меню Additional View.

Размещайте виды на чертеже с помощью команд главного меню Place.

• После выбора команды Multiboard View или Board Realistic View вы перейдете в режим размещения: курсор примет форму перекрестия, а под ним появится вид. Щелкните в рабочей области, чтобы разместить вид.
• После выбора команды Section View или Board Detail View задайте положение линии разреза или область выносного элемента соответственно на размещенном виде многоплатной сборки.

После размещения вида на чертеже его свойства можно настроить на панели Properties, выбрав этот вид в рабочей области.

Лист документа Draftsman с размещенными видами: двумя видами многоплатной сборки, видом в разрезе, выносным элементом платы и реалистичным видом платы.

Для добавления важных сведений на чертежи в Draftsman предусмотрены дополнительные инструменты аннотирования, нанесения размеров и работы с таблицами:

• Для указания длины, размеров и углов контуров объектов или расстояния между объектами на видах платы можно размещать размерные обозначения. Используйте группу команд нанесения размеров в главном меню Place, чтобы выбрать нужный тип размера.

• Для добавления важных сведений на чертежи предусмотрены дополнительные инструменты аннотирования, такие как выноски, обозначения шероховатости поверхности и автоматически формируемый список примечаний. Используйте команды меню Place » Annotation в главном меню, чтобы выбрать нужный инструмент аннотирования.

• Чтобы добавить данные перечня материалов (BOM) на производственный чертеж, можно разместить таблицу перечня материалов (Place » Bill Of Materials). Данные для этой таблицы будут получены из документа ActiveBOM, добавленного в многоплатный проект. Также доступна универсальная таблица, которую можно заполнить произвольными данными (Place » Table).

• Для размещения простых графических элементов произвольной формы в документе чертежа также предусмотрен набор графических инструментов. Используйте группу команд размещения графических объектов в главном меню Place, чтобы выбрать нужный тип объекта.

Подробнее см. Создание производственного чертежа.