Biến thể thiết kế

Khi một sản phẩm cần được thiết kế và sản xuất thành nhiều variations của sản phẩm đó, mỗi loại có các tùy chọn hoặc khả năng khác nhau, khả năng triển khai design variants giúp tránh phải tạo một phiên bản thiết kế riêng cho từng biến thể.

Trong thực tế, một biến thể thiết kế sử dụng cùng một thiết kế cơ sở, nhưng cụm lắp ráp PCB được lắp bộ linh kiện do biến thể đó quy định. Sau đó, có thể chọn một biến thể khi tạo dữ liệu đầu ra phục vụ sản xuất của thiết kế (BOM, P&P, bản vẽ lắp ráp, v.v.), qua đó xác định cách lắp ráp sản phẩm.

Khả năng tạo variations từ cùng một thiết kế cơ sở mang lại sự linh hoạt đáng kể trong cách tạo dự án PCB trong Altium Designer. Khi sử dụng biến thể, bạn có thể xác định số lượng biến thể tùy ý của thiết kế bo mạch, trong đó mỗi linh kiện có thể được cấu hình như sau:

• Được lắp trên bo mạch.
• Không được lắp trên bo mạch.
• Được lắp trên bo mạch nhưng có các tham số linh kiện được sửa đổi, chẳng hạn như giá trị của linh kiện.
• Một linh kiện hoàn toàn khác được dùng làm linh kiện thay thế.

Các biến thể thiết kế sử dụng bất kỳ kiểu biến đổi nào trong số này đều được gọi là assembly variants, vì chúng chỉ ảnh hưởng đến quy trình lắp ráp. Trong trường hợp này, tất cả các biến thể đều dùng chung một bo mạch trần được chế tạo.

Altium Designer cũng hỗ trợ thay đổi thông tin trên lớp in ký hiệu của linh kiện trên PCB, chẳng hạn như thay đổi chú thích của linh kiện. Thay đổi như vậy đòi hỏi phải tạo hai khuôn in ký hiệu, dẫn đến việc chế tạo hai bo mạch trần khác nhau. Kiểu biến thể này được gọi là fabrication variant.

Các biến thể thiết kế được quản lý, tạo và chỉnh sửa trong hộp thoại Variant Management hoặc giao diện dạng tài liệu Variant Manager của Altium Designer. Sử dụng lệnh Project » Variants từ các menu chính hoặc lệnh Variants từ menu ngữ cảnh của mục dự án trong bảng Projects để truy cập. Để tìm hiểu thêm, hãy tham khảo các trang sau:

• Làm việc với hộp thoại quản lý biến thể 
• Làm việc với trình quản lý biến thể

Linh kiện logic và linh kiện vật lý

Bạn cần hiểu rằng về cơ bản có hai loại linh kiện trong Altium Designer: linh kiện logic và linh kiện vật lý. Điểm khác biệt là các linh kiện được đặt trên trang sơ đồ nguyên lý là linh kiện logic, trong đó mỗi linh kiện là một thực thể khái niệm đại diện cho linh kiện vật lý cuối cùng được gắn trên PCB đã lắp ráp.

Mặc dù mô hình tương ứng một-một giữa linh kiện logic và linh kiện vật lý này hoạt động tốt đối với thiết kế đơn giản, nhưng nó không thể hỗ trợ một số tính năng mạnh mẽ hơn của Altium Designer. Ví dụ như thiết kế đa kênh, trong đó một phần mạch được “nhân bản” với số lần tùy theo yêu cầu, và các biến thể, trong đó một thiết kế duy nhất có thể được triển khai với các linh kiện khác nhau được lắp cho từng biến thể của thiết kế bo mạch. Các tính năng như vậy đòi hỏi khả năng để one linh kiện logic đại diện cho multiple linh kiện vật lý.

Altium Designer cung cấp khả năng tương ứng một-nhiều này thông qua công nghệ trình biên dịch. Khi thiết kế logic được biên dịch (một quy trình tự động), mỗi linh kiện vật lý được khởi tạo trong bộ nhớ, sẵn sàng để chuyển sang không gian thiết kế bo mạch.

Để đáp ứng các tình huống cần truy cập linh kiện vật lý ở cấp sơ đồ nguyên lý, chẳng hạn như khi xác định các biến thể thiết kế, thiết kế vật lý cũng được cung cấp trong trình chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý thông qua các tab nằm ở cuối trang sơ đồ. Tại đây, tab Editor ngoài cùng bên trái chọn thiết kế logic đã được vẽ (thông thường), còn các tab “đã biên dịch” khác đại diện cho thiết kế vật lý tương ứng sẽ được chuyển sang không gian thiết kế PCB. Lưu ý rằng sơ đồ nguyên lý trong tab đã biên dịch chỉ có thể đọc.

Hình ảnh thể hiện chế độ xem thiết kế sơ đồ nguyên lý vật lý của trình chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý. Chọn biến thể dự án mong muốn bằng cách nhấp đúp vào một mục biến thể trong bảng Projects.

Các kiểu biến đổi

Đúng như tên gọi, tính năng biến thể tạo ra các biến thể của thiết kế PCB gốc hay thiết kế “cơ sở”. Sau khi thiết kế cơ sở này được xác lập, các biến thể được thiết lập trong Variant Manager bằng cách cấu hình các linh kiện trên bo mạch thành được lắp, được lắp với tham số thay đổi, không được lắp hoặc sử dụng linh kiện thay thế.

Được lắp

Được lắp là trạng thái mặc định của linh kiện trước khi áp dụng bất kỳ thay đổi nào; nếu linh kiện được lắp thì linh kiện đó không có thay đổi. Tất cả các linh kiện đều mặc định là được lắp khi một biến thể mới được tạo trong hộp thoại Variant Management (xem bên dưới), trong đó trạng thái linh kiện được lắp được biểu thị bằng một ô trống.

Được lắp với tham số thay đổi

Quy trình xác định biến thể cho phép thay đổi bất kỳ tham số nào của linh kiện. Việc sửa đổi giá trị của một tham số là thay đổi cục bộ và chỉ ảnh hưởng đến tài liệu đầu ra. Sơ đồ nguyên lý gốc và linh kiện có tham số đang được thay đổi đều không bị sửa đổi dưới bất kỳ hình thức nào. Trong hình bên dưới, C8 có tham số Value được thay đổi, và thay đổi này được biểu thị bằng phông chữ nghiêng dùng để hiển thị chuỗi giá trị của tham số trong không gian thiết kế.

Không được lắp

Khi một linh kiện được đặt thành Not Fitted, linh kiện đó vẫn tồn tại trên sơ đồ nguyên lý và sẽ được chuyển sang PCB (để có thể đặt footprint), nhưng bị loại khỏi các tài liệu đầu ra tương ứng, chẳng hạn như BOM. Có thể cấu hình cách thể hiện các linh kiện không được lắp trong tài liệu, ví dụ như đánh dấu gạch chéo trên sơ đồ nguyên lý và trong bản vẽ PCB đầu ra – xem Cấu hình cách hiển thị linh kiện có thay đổi trong tài liệu thiết kế.

Với biến thể được chọn (BGA), C6 được lắp, C5 và C7 không được lắp, còn C8 được lắp nhưng có giá trị tham số thay đổi.

Linh kiện thay thế

Một biến thể cũng có thể được thiết lập để sử dụng một linh kiện hoàn toàn khác làm linh kiện thay thế. Khi chọn tab đã biên dịch trong trình chỉnh sửa sơ đồ nguyên lý, linh kiện thay thế sẽ được hiển thị khi chuyển đổi giữa các biến thể. Với kiểu biến đổi này, linh kiện thay thế phải có cùng tập hợp chân trên sơ đồ nguyên lý, được đặt tại cùng vị trí với linh kiện cơ sở. Đây là yêu cầu thiết yếu để đảm bảo kết nối vẫn hợp lệ khi thiết kế được biên dịch.

Trong ví dụ bên dưới, các linh kiện thay thế cho R3 và Q1 được sử dụng trong biến thể TSOP. Q1 là một transistor NPN trong biến thể BGA và là một JFET trong biến thể TSOP. Lưu ý rằng các chân giống nhau được sử dụng trong cả hai trường hợp.

❯ ❮ Javascript ID: Variation_AlternatePart_AD18_x

Có hai cách xử lý linh kiện thay thế trên PCB.

• If the footprint is the same – Nếu linh kiện thay thế được chọn có cùng tên footprint với linh kiện cơ sở, chỉ một phiên bản của footprint sẽ được chuyển sang PCB. Vì một linh kiện có thể được gán nhiều footprint, hãy đảm bảo chọn đúng footprint trong hộp thoại Variant Management cho từng biến thể.

• If the footprint changes – Nếu linh kiện thay thế được chọn có tên footprint khác với linh kiện cơ sở, cả hai footprint đều được chuyển sang PCB. Khi đó, bạn phải quyết định cách bố trí hai footprint trên PCB. Lưu ý rằng cả hai footprint sẽ có cùng ký hiệu định danh, vì tại mỗi thời điểm chỉ một trong hai linh kiện được lắp. Ảnh động bên dưới minh họa cách xử lý tình huống này khi một biến thể sử dụng SRAM BGA và biến thể còn lại sử dụng SRAM TSOP.

Trong phần cài đặt của một biến thể cụ thể, bạn có thể chọn sử dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý và/hoặc footprint không thay đổi cho các linh kiện đã được chọn linh kiện thay thế.

Thay đổi loại linh kiện

Khả năng chọn linh kiện thay thế không bị giới hạn ở các linh kiện cùng loại. Ví dụ, bạn có thể có một linh kiện cơ sở là điện trở, rồi xác định linh kiện thay thế là tụ điện. Bạn cần lưu ý những hệ quả của kiểu thay thế linh kiện này:

• Designator – mỗi linh kiện cơ sở về mặt logic chỉ có một ký hiệu định danh và ký hiệu này được sử dụng cho tất cả các biến thể. Ví dụ, nếu thay điện trở bằng tụ điện, bạn có thể cân nhắc sử dụng tiền tố ký hiệu định danh đặc biệt để biểu thị điều này, chẳng hạn như R_C hoặc R-C.

• Pins – linh kiện thay thế phải có cùng số chân với linh kiện cơ sở, đồng thời các chân này phải ở cùng vị trí và có cùng loại điện. Một cảnh báo sẽ xuất hiện nếu các điều kiện này không được đáp ứng.

Thiết kế đa kênh

Main article: Thiết kế nhiều trang và đa kênh

Thiết kế đa kênh cho phép bạn chỉ định một trang sơ đồ nguyên lý hoặc một cây các trang để lặp lại, về cơ bản là nhân bản một phần của thiết kế nhiều lần. Không cần sao chép và dán thủ công vì phần mềm quản lý quá trình nhân bản, còn bạn xác định phương thức đánh số định danh để nhận diện các linh kiện được lặp lại.

Trong các thiết kế đa kênh của Altium Designer, bạn có thể thay thế một linh kiện cơ sở bằng một linh kiện hoàn toàn khác cho một biến thể được chọn.

Trong ảnh động, biến thể BGA được lắp hai SRAM, còn biến thể TSOP được lắp bốn SRAM. Điều này được thực hiện bằng cách không lắp một trong hai kênh bộ nhớ trong biến thể BGA.

Xét về kênh, một biến thể có thể có các linh kiện được thay đổi trên nhiều all channels hoặc trong một specific channel, bao gồm các thay đổi về việc lắp/không lắp linh kiện, thay đổi các tham số linh kiện cụ thể hoặc sử dụng linh kiện thay thế.