Материалы к лабораторным работам / ЛЕКЦИИ / Физическая и логическая связность

Определенную цепь питания можно локализовать на определенном листе, подключив Power Port к объекту Port на этом листе схемы.

Здесь присутствует цепь питания 3V3, которая была локализована только этим листом, поэтому ее связи необходимо задать на родительском листе вручную. Цепи GND и 5V остаются глобальными цепями питания.

Цепи питания и скрытые выводы питания

Более ранние версии систем Altium для проектирования включали в себя функции и параметры, которые поддерживали использование скрытых выводов схемных компонентов. Эта функция была полезной, когда в проекте была одна цепь питания и одна цепь земли, что позволяло автоматически подсоединить все выводы питания всех компонентов к соответствующим цепям, скрыв эти выводы питания. Это было наиболее распространено для многосекционных компонентов, поскольку избавляло разработчиков от необходимости отображения выводов питания этих компонентов на схеме.

Современные электронные устройства, как правило, содержат множество цепей питания и земли. И эти цепи не просто трассируются к соответствующим контактам питания – доставка питания теперь является критически важным аспектом успешного конструирования платы.

Поскольку природа проектирования цепей доставки питания изменилась, необходимость скрывать выводы компонентов и автоматически соединять их отпала – до такой степени, что большинство разработчиков выступают против этой практики. Поэтому система больше не поддерживает скрытие выводов и предварительное назначение им имени цепи. Старые проекты будут корректно формировать списки цепей при открытии в более новых версиях ПО Altium.

Группирование множества цепей

Общей сложностью больших проектов является поддержка управляемости цепей, не только с точки зрения разработчика, который создает связность, но и с точки зрения читающего схему, которому необходимо интерпретировать и понять ее. Это особенно важно для многолистовых схем, поскольку здесь и разработчик, и читающий схему могут легко запутаться.

Здесь может помочь группирование цепей в линии Bus или Signal Harness.

Работа с линиями Bus

Линии Bus (Шина) используются для группирования набора последовательных цепей, например шины адреса или шины данных. Ключевым требованием является именование этих цепей: все цепи должны содержать общее основное имя, после которого идет цифровой идентификатор, как показано на изображении ниже. Например, цепи Control1, Control2 и Control3 могут быть объединены в шину Control[1..3]. Шины не могут использоваться для группирования не связанных между собой цепей, например, Enable, Read и Status. Для этого используются линии Signal Harness, о которых сказано ниже.

Чтобы создать корректную шину, она должна включать в себя следующие элементы (как показано на изображении ниже):

• Объект Net Label на каждой отдельной цепи

• Объект Net Label на линии Bus

• Объект Port с тем же именем, что у линии Bus, если шина уходит на другие листы

   Для создания корректной шины должны присутствовать все элементы, показанные на изображении выше. Объекты Bus Entry необходимо использовать, только если вы хотите разместить различные элементы шины по разные стороны от линии Bus.

Шины не передаются в плату. Вместо этого, для каждой шины на схеме, либо, если необходимо, для каждой секции шины, может быть создан класс цепей. Создание секции шины осуществляется путем определения шины, которая, по сути, является частью большей шины, например D[15..8], из шины D[15..0]. Если включен соответствующий параметр, то плата будет включать в себя класс цепей для всей шины, а также для каждой созданной секции. Включение этих параметров осуществляется на вкладке Class Generation диалогового окна Options for Project.

Работа с линиями Signal Harness

Линии Signal Harness (Сигнальный жгут) достаточно гибки в настройке, поскольку их можно использовать для группирования любого количества цепей, шин и жгутов более низкого уровня. Как следует из имени, они аналогичны проводным жгутам, в которых может быть сгруппировано любое сочетание проводов для трассировки в электронном или электротехническом изделии. Создание жгутов и управление ними сложнее, но в результате они значительно упрощают представление схемы и повышают ее читаемость.

Жгуты используются для группирования любого сочетания цепей, шин и жгутов более низкого уровня.

Элементы, которые в совокупности составляют жгут, включают в себя:

• Объект Harness Connector – представляйте Harness Connector в виде воронки, которая собирает все подключаемые сигналы через объекты Harness Entry. Ключевым свойством объекта Harness Connector является Harness Type, которое определяет жгут и используется для объединения различных элементов, составляющих сигнальный жгут, в том числе подключаемые объекты Port / Sheet Entry.

• Объекты Harness Entry – каждый сигнал (цепь, шина или сигнальный жгут), который нужно добавить в этот сигнальный жгут, входит в Harness Connector через объект Harness Entry. Объект Harness Entry включает в себя свойство Harness Type, которое используется только для вложенных сигнальных жгутов и указывает, что к этому Harness Entry подключен сигнальный жгут более низкого уровня.

• Линия Signal Harness – подобная шине линия, которая размещается для переноса сигнального жгута на листе.

• Свойство Harness Type – Harness Type является набором объектов Harness Entry. Каждый найденный Harness Type определяется в файле Harness Definition File, как описано ниже. Harness Type и связанные с ним объекты Harness Entry, по сути, являются именами контейнеров, которые переносят цепи, а не именами самих цепей. Чтобы проверить значение Harness Type, наведите курсор мыши на объект, например, Port, Sheet Entry или Harness Connector (проект должен быть скомпилирован).

• Файл Harness Definition File – система управляет сигнальными жгутами, записывая объекты Harness Entry, которые находятся в каждом сигнальном жгуте (Harness Type), в ASCII-файл Harness Definition File. На изображении ниже показан синтаксис файла Harness Definition File – для каждого Harness Type в этом файле существует строка, которая описывает объекты Harness Entry внутри этого жгута. Файл Harness Definition File создается (и управляется) автоматически для каждого листа схемы, в котором присутствуют Harness Connector – вы можете найти эти файлы в папке \Settings в дереве проекта, как показано на изображении ниже. Если в проект вносятся изменения, которые влияют на сигнальные жгуты, файлы Harness Definition автоматические обновляются при компиляции проекта. Если файл Harness Definition File отсутствует в папке проекта, он автоматически создается повторно при открытии листа схемы (если необходимо, его можно удалить, и он будет создан повторно автоматически).

• Объекты Port + Sheet Entry – подобно цепи или шине, сигнальный жгут можно передать на другие листы через порт и затем связать с листом более верхнего уровня через соответствующий вход в лист. Обратите внимание, что система автоматически изменяет цвет объектов Port и Sheet Entry, чтобы показать, что они переносят сигнальный жгут – для этого должен быть включен параметр Sheet Entries and Ports use Harness Color на странице Schematic - Graphical Editing диалогового окна Preferences. Обратите внимание, что объекты Port и Sheet Entry включают в себя свойство Harness Type, значение которого задается автоматически при подключении порта к линии Signal Harness, когда вы размещаете порт. Для порта на листе схемы, в которой определен жгут (присутствует Harness Connector), свойство Harness Type определяется автоматически, и его нельзя изменить. Для объекта Port или Sheet Entry, размещенного на листе схемы более высокого уровня, это свойство будет пустым и доступным для редактирования; как правило, в его ручной настройке нет необходимости. Назначенное свойство Harness Type можно проверить в любой момент, наведя курсор мыши на объект Port/Sheet Entry.

Определения жгутов хранятся в файлах Harness Definition. На изображении выше показаны два определенных сигнальных жгута: 1WB_Write_Read и JTAG.

Вложенные сигнальные жгуты

Повторное использование сигнальных жгутов

Именование сигнальных жгутов

Сигнальные жгуты без Harness Connector

Компиляция проекта

Связанная страница: Компиляция и верификация проекта

На этой странице множество раз упоминалась компиляция проекта. Что же такое компиляция, и зачем необходимо компилировать проект?

Редактор схем является интеллектуальным средством черчения, а не просто инструментом для определения связей. Когда вы соединяете два вывода с помощью провода, вы, по сути, фиксируете свой инженерный замысел, а не создаете цепь. Цепь не будет создана до момента компиляции проекта. Существует ряд преимуществ такого подхода, самым большим из которых является то, что скомпилированная модель проекта находится вне отдельных редакторов. Скомпилированная модель называется унифицированной моделью данных (Unified Data Model – UDM). Эта модель включает в себя подробное описание каждого компонента в проекте и его связь с другими компонентами.

При компиляции проекта система:

• Строит список цепей для каждого листа схемы

• Создает связность между листами, на основе выбранной области действия идентификаторов цепей

• Строит унифицированную модель данных, отображая подробную информацию о компонентах и связях в панели Navigator

• Анализирует проект на ошибки

Унифицированная модель данных

В основе системы лежит унифицированная модель данных (Unified Data Model – UDM). При компиляции проекта происходит создание единой связанной модели, которая занимает центральное место в процессе проектирования. Данные этой модели затем можно открывать и изменять с помощью различных редакторов и служб системы. Вместо того, чтобы хранить данные каждого аспекта проектирования по отдельности, модель UDM структурирована для хранения всей информации о проекте, в том числе о компонентах и связи между ними.

Унифицированная модель данных делает данные о проекте доступными для всех редакторов, что позволяет использовать такие расширенные возможности проектирования, как многоканальное проектирование.

Итак, как же взаимодействовать с унифицированной моделью данных, чтобы, например, отследить цепь в проекте? Это осуществляется через панель Navigator.

Изучение связности

Справочная страница: Панель Navigator

Если проект большой и разбит на множество листов, может быть сложно отследить цепь и проверить связность проекта, просто взглянув на схему. Чтобы упростить этот процесс, используется панель Navigator. Панель отображает весь скомпилированный проект, поэтому она будет пустой, пока вы не скомпилируете проект (Project » Compile PCB Project).

Основной подход к использованию панели приведен ниже:

• Задайте поведение просмотра, нажав кнопку   в верхней части панели – будет открыто диалоговое окно Preferences, где вы сможете задать предпочитаемый метод подсветки (настройки области Highlight Methods). Либо щелкните ПКМ по интересующему объекту в панели и используйте команды контекстного меню для настройки поведения навигации, как показано на изображении ниже.

• Задайте область просмотра в области Documents for панели. Для просмотра всего проекта выберите Flattened Hierarchy.

• Щелкните мышью по компоненту в области Instance панели, чтобы перейти к этому компоненту.

• Щелкните мышью по цепи или шине в области Net/Bus, чтобы перейти к этой цепи или шине.

• Зажмите клавишу Alt при щелчке мышью, чтобы перейти к объекту как на схеме, так и на плате.

Щелкните по компоненту или цепи в панели Navigator, чтобы найти этот компонент или цепь и отследить связность в проекте. Щелкните ПКМ, чтобы увидеть опции отображения. Наведите курсор мыши на изображение, чтобы увидеть навигацию к компоненту одновременно на схеме и на плате (зажмите клавишу Alt при щелчке мышью в панели Navigator, чтобы включить объект на плате).

Навигация к компонентам на плате

Помимо проведения поиска компонентов на схеме и на плате (при зажатой клавише Alt) из панели Navigator, вы также можете переходить к выводам/компонентам/цепям/шинам/жгутам на плате непосредственно из схемы.

Например, при щелчке мышью по компоненту на схеме, вы также можете найти этот компонент на плате.

Для этого необходимо сделать следующее:

• Включите параметр Selecting в области Highlight Methods, а также задайте предпочтительные настройки в области Cross Select Mode на странице System - Navigation диалогового окна Preferences.

• Включите перекрестное выделение (Tools » Cross Select Mode) в редакторе схем или редакторе плат.

Эти настройки определяют поведение навигации и перекрестного выделения.

Теперь при выделении выводов/компонентов/цепей/шин/жгутов на схеме эти объекты будут также выделены на плате, как показано на изображении ниже.

При выделении компонентов и цепей на схеме, эти объекты будут также выделены на плате. Перекрестное выделение также работает из платы в схему.

Перекрестный переход и перекрестное выделение

Помимо возможности выделения объектов из одного редактора в другом (перекрестное выделение), система также поддерживает перекрестный переход. У перекрестного перехода есть два режима: непрерывный (оставляет исходный редактор активным) и переходной (переход в целевой редактор). Вы также можете осуществлять перекрестный переход из различных панелей и диалоговых окон, например, из панели Messages и диалогового окна Engineering Change Order. Чтобы узнать больше, обратитесь к странице Перекрестный переход и выделение.

Связность в проектном пространстве платы

В редакторе плат, связность между узлами в цепи представляется набором линий соединения между точками.

В пределах отдельной цепи, эти линии соединяют все узлы этой цепи. Порядок соединения называется топологией цепи, о которой сказано ниже.

Узлы в цепи соединены линиями соединения.

Линии соединения отображаются как сплошные тонкие линии. Линии соединения помогают при размещении компонентов для определения положения и поворота компонентов, которые соединены между собой. Чтобы сделать отображение более ясным, при перемещении компонента все линии соединения скрываются, кроме линий, подсоединенных к этому компоненту.

Используйте линии соединения при размещении и повороте компонентов.

Кроме того, что линии соединения являются полезной подсказкой при размещении компонентов, их также можно использовать при интерактивной и автоматической трассировке. Поскольку связность отслеживается и обновляется в процессе вашей работы, вы можете провести трассу до любой точки цепи, чтобы завершить соединение, а не только до той контактной площадки, на которой заканчивается линия соединения.

Топология цепи

Порядок, в котором узлы цепи соединены друг с другом, называется топологией цепи. Топология цепи управляется применяемым правилом проектирования Routing Topology, в котором по умолчанию задана топология Shortest (Наикратчайшая). Это значит, что узлы цепи соединяются между собой в таком порядке, в результате которого общая длина линий соединений цепи оказывается наименьшей. Эта общая длина отслеживается при перемещении компонента, и порядок линий соединений будет изменяться динамически для поддержания их наименьшей общей длины. Это можно видеть на анимации выше, где линии, соединенные с нижним компонентом, изменяют точки подключения при перемещении компонента. Это происходит каждый раз, когда контактная площадка перемещается ближе к другой контактной площадке в цепи.

Применение предопределенной топологии

Справочная страница: Правило проектирования Routing Topology

Чтобы цепь (или класс цепей) использовал другую топологию, могут быть созданы дополнительные правила проектирования Routing Topology. На изображениях ниже слева показана топология правила по умолчанию, справа показана топология Starburst (Звезда), примененная к той же цепи. В топологии Starburst линии соединения исходят из контактной площадки, у которых в качестве электрического типа Electrical Type задано Source (типом по умолчанию всех контактных площадок является Load).

  При топологии по умолчанию линии соединения образуют наименьшую общую длину. При топологии Starburst все линии соединения исходят из контактной площадки с типом Source.

Применение пользовательской топологии

Справочная страница: From-To Editor

В отдельной цепи, соединение между двумя узлами называется From-To (От-До). Чтобы управлять путем линий соединения на уровне отдельных пар контактных площадок, вы можете создавать пути From-To внутри цепи вручную, по сути, определяя пользовательскую топологию цепи.

Соедиения From-To определяются в режиме From-To Editor панели PCB. Процесс определения From-To следующий: выделите в панели два узла цепи (Nodes on Net) и нажмите кнопку Add From To. Чтобы отличать соединения From-To в рабочей области, они отображаются пунктирными, а не сплошными линиями.

Между двумя контактными площадками было определено соединение From-To. Обратите внимание, что линия From-To отображаются пунктирной, а не сплошной линией.

Когда панель PCB находится в режиме From-To Editor, все линии соединения, которые не являются From-To, скрываются.

Для получения более подробной информации об определении соединений From-To обратитесь к странице From-To Editor.

Управление отображением линий соединения

Справочные страницы: Панель View Configuration, Объект Connection

Линии соединения могут быть полезными при размещении компонентов и при трассировке. Тем не менее, большое количество линий соединения может загромождать рабочую область. Для этих случаев, редактор плат включает в себя следующие функциональные возможности, которые помогают управлять отображением линий соединения:

• Включите/отключите отображение всех линий соединения путем переключения параметра Default Connection Lines в области System Colors на вкладке Layers and Colors панели View Configuration.

• Включите/отключите отображение линий соединения выборочно с помощью команд подменю View » Connections (нажмите клавишу N, чтобы открыть это меню). У всех доступных команд есть быстрые клавиши, которые позволяют быстро выполнить такие задачи, как скрытие всех линий соединения (N, H, A) и последующее отображение линий соединения определенной цепи (N, S, N).

• В режиме одного слоя (Shift+S) отобразите линии, которые соединяют контактные площадки только на этом слое. Используйте для этого параметр All Connections in Single Layer Mode в панели View Configuration (раздел Additional Options на вкладке View Options).

• Для линии соединения, которая начинается и заканчивается на различных слоях, отобразите ее с помощью сочетания цветов начального и конечного слоя. Используйте для этого параметр Use Layer Colors For Connection Drawing в панели View Configuration (раздел Additional Options на вкладке View Options).

• Назначьте цвет линиям соединения в цепи или в наборе цепей, чтобы легко распознавать их. Об этом сказано ниже.

• Примените маскирование или затенение ко всем цепям, кроме нужных. Откройте панель PCB в режиме Nets, затем выберите Dim (затенить прочие объекты, но разрешить редактирование затененных объектов) или Mask (маскировать прочие объекты и разрешить редактирование только немаскированных объектов) в выпадающем списке, затем щелкните мышью по цепи (или классу цепей). Все объекты будут затенены, за исключением тех, которые принадлежат выбранной цепи (цепям), что упрощает отображение и работу с объектами в этой цепи.

• При перемещении компонента вы можете временно отключить оптимизацию и отображение линий соединения нажатием клавиши N.

Направляющая размещения компонентов

При перемещении компонента в рабочей области, отображается толстая зеленая или красная линия, идущая от точки внутри компонента до точки на плате. Эта линия называется вектором оптимального размещения (Optimal Placement Vector), и он предназначен для индикации того, лучше (зеленый) или хуже (красный) положение компонента по сравнению с предыдущим положением.

У вектора есть два различных свойства: его целевое положение и его цвет.

Чтобы определить положение каждого конца вектора, эта функциональная возможность использует центр полигональной формы, определенной положением конечных точек линий соединения. Есть две нужных точки центра, одна из которых определяется концами линий соединения, заканчивающихся на компоненте при его перемещении (центральная точка компонента), а вторая определяется противоположными концами линий соединения этого набора (целевая центральная точка).

Вектор оптимального размещения отображается между этими двумя центрами. Поскольку это относительная индикация, при щелчке мышью для начала перемещения вектор всегда отображается зеленым. Две точки центра постоянно пересчитываются при перемещении компонента, поскольку линии соединения могут перемещаться от одной контактной площадки до другой при автоматической оптимизации применяемой топологии цепи в процессе перемещении компонента. Из-за оптимизации цепей, целевая точка вектора может изменять свое положение при перемещении компонента. Если точки центра удаляются друг от друга и вектор становится длиннее, он может стать красным. Если точки центра сближаются и вектор становится короче, он может стать зеленым.

Длина вектора не является единственным условием, определяющим его цвет. Цвет также зависит от общей длины линий соединений, присоединенных к перемещаемому компоненту. Если при перемещении компонента общая длина линий соединений увеличивается, вектор становится красным. И наоборот, если при перемещении компонента общая длина линий соединений уменьшается, вектор становится зеленым.

Хотя длина вектора увеличивается, он остается зеленым, поскольку общая длина линий соединения уменьшается. При перемещении компонента увеличивается длина линий соединения, и вектор становится красным.

Помните, что вектор оптимального размещения является относительной направляющей, и при каждом перемещении компонента его новое положение становится начальной точкой вычислений для следующего перемещения компонента.

Эта функциональная возможность доступна только когда включен параметр PCB.ComponentDrag.ShowAverageHelper в диалоговом окне Advanced Settings. Чтобы открыть диалоговое окно, нажмите кнопку Advanced на странице System - General диалогового окна Preferences.

Настройка цвета цепей

Главная страница: Применение цвета к цепям

Чтобы сделать схему более читаемой и упростить работу с цепями и трассами в редакторе плат, можно использовать цвет для связей на схеме и для цепей и трасс на плате.

Применить выделение цветом к цепи или шине в редакторе схем можно с помощью команд в подменю View » Set Net Colors, как показано на изображении ниже. Эти цвета в любой момент можно передать в редактор плат с помощью команды Update PCB.

В редакторе плат, цвет и видимость по умолчанию для линий соединения определяется настройками Connection Lines в разделе System Colors панели View Configuration. Обратите внимание, что этот цвет по умолчанию применяется при создании цепей (при первой передаче проектных данных со схемы); цвет существующих линий соединения не изменяется при изменении этой настройки.

В редакторе плат, цвета, примененные к цепям, отображаются в панели PCB в режиме Nets на фоне флажка рядом с именем цепи, как показано в правом нижнем углу изображения ниже.

Этот цвет всегда применяется к неразведенным цепям (к линиям соединения). Чтобы применить этот цвет к разведенным цепям, включите флажок рядом с именем цепи в панели PCB и задайте настройки отображения на странице Board Insight Color Overrides диалогового окна Preferences. В примере на изображении ниже для основного шаблона переопределения цвета задан параметр Solid, в качестве поведения при отдалении задано значение Override Color Dominates.

Цвета цепей, примененные в редакторе схем, передаются в плату с помощью команды Update PCB. Настройте переопределение цветов в плате, чтобы управлять тем, как эти цвета будут отображаться в плате.

Нажмите F5 для переключения состояния функции Net Color Override в редакторе схем и в редакторе плат. Может понадобиться выполнить обновление экрана (End).

Изменение цвета цепей на плате

Не всегда возможно применить цвет к связям на схеме и передать его в плату. В этом случае, цвет можно применить к линиям соединения и к трассировке в редакторе плат. Чтобы изменить цвет цепи после передачи проекта, дважды щелкните мышью по имени цепи в режиме Nets в панели PCB. Цвет отдельной цепи можно изменить в диалоговом окне Edit Net.

Чтобы изменить цвет множества цепей, используйте режим Nets панели PCB:

• Используйте стандартные способы выделения множества объектов (Shift+ЛКМ или Ctrl+ЛКМ) для выделения множества классов цепей или отдельных цепей.

• Щелкните ПКМ по одному из выделенных объектов и выберите команду Change Net Color из контекстного меню, чтобы назначить выбранным цепям новый цвет.

• Щелкните ПКМ еще раз и выберите команду Display Override » Selected On, чтобы включить переопределение цвета для выбранных цепей.

Улучшите отображение цепей путем изменения цвета линий соединения и включения переопределения цвета.