Vývojáři stále čelí tlaku ze strany zákazníků nebo také své konkurence a nemohou si proto při uvádění nových produktů na trh dovolit žádné zpoždění. V takovém prostředí se svižným tempem proto rozhodně nelze opomíjet fázi plánování včetně následné realizace. K celé věci je potřeba přistupovat se smělostí, nicméně některé společnosti až příliš často zlehčují nebo dokonce přehlížejí celou řadu kroků, vyhrazených etapě plánování. Klíčovou úlohu zde přitom hraje samotný návrh a také jeho ověření, při kterém s výhodou využijeme možností počítačové simulace na úrovni elektrického návrhu i desky plošného spoje (PCB).
Simulace lze provádět s celou řadou nástrojů, dodávaných výrobci integrovaných obvodů. Ti tak svým zákazníkům, prostřednictvím stále zdokonalovaného souboru pomůcek, odrážejících potřeby návrhářů desek plošných spojů, pomáhají dosahovat odvážných cílů. Na mysli zde přitom máme podporu na úrovni analogových struktur, číslicových zapojení a také odpovídající desky plošného spoje.
Některé vývojové nástroje pomáhají při rozhodování ve věci topologie obvodu a jeho složitějších bloků typu spínaných napájecích zdrojů nebo návrhu analogových filtrů, kdy zajistí klíčové vymezení požadavků s přihlédnutím k výkonnosti daného řešení. Můžeme tak například využít nástroj pro návrh napájecích zdrojů, jako třeba SwitcherPro™ od Texas Instruments v jeho on – line či stažitelné verzi, a jeho prostřednictvím vygenerovat požadované zapojení zdroje (viz obr. 1).
Obr. 1: Nástroj pro návrh napájecích zdrojů definuje pomocné součástky celkového návrhu [1]
Nástroj pro návrh napájecích zdrojů uživateli zpravidla umožňuje vytvořit jeho vlastní návrh, přičemž vychází z požadované specifikace a příslušného typového označení integrovaného obvodu. Takové nástroje mohou dále nabídnout
-
celkovou analýzu finálního zapojení s ohledem na minima a maxima, stejně jako - důsledků vynechání součástek,
- podmínek maximální teploty přechodu,
- účinnosti obvodu a také
- stability regulační smyčky.
Když pak návrhář desky plošného spoje přistoupí k realizaci na nepájivém kontaktním poli, nabídne většina vývojových programů pro návrh napájecích zdrojů příslušnou soupisku materiálu (BOM) spolu s návrhy layoutu.
Vývojáři rovněž ocení softwarový nástroj pro návrh analogových filtrů. S určitými formami tohoto SW se můžeme setkat na stránkách některých výrobců analogových integrovaných obvodů. Pokud jde o TI, jako vývojový program pro oblast analogových filtrů zde máme k dispozici nástroj FilterPro™. Takové pomůcky kladou břemeno v podobě náročných výpočtů filtrů na počítač. Softwarové balíčky běžně pomáhají navrhnout některé nebo dokonce i všechny typy filtrů, tj.
- dolnopropustné filtry (low-pass),
- filtry typu horní propust (high-pass),
- pásmovou propust (band-pass),
- pásmovou zádrž, resp. její úzkopásmové provedení (band-stop, notch), příp. také
- typ all-pass, kdy pracujeme s fází.
Software pomáhá s definicí specifikací filtru a typu odezvy. Když pak takové proměnné stanovíme, program vygeneruje kompletní zapojení, včetně pomocných součástek.
Jakmile je návrh hotov (ať již ručně nebo s využitím návrhového softwaru), lze jej ověřit nebo také doladit za přispění simulátoru SPICE. Simulátory SPICE, jako například TINA-TITM od TI [3], pomáhají při návrhu a také vyhodnocování vlastností mnoha dílčích zapojení v dané aplikaci (viz obr. 1). Cílem testu dle obr. 2 je třeba nalezení rozdílu v zisku mezi dvěma filtry z pohledu kmitočtové osy.
Obr. 2: Díky simulaci SPICE lze porovnat vlastnosti dvou dolnopropustných filtrů v závislosti na kmitočtu
Máme k dispozici
- knihovny makromodelů SPICE pro analogová zapojení,
- IBIS (I/O Buffer Information Specification) a také
- modely BSDL (Bonding Scan Description Language) pro číslicovou oblast.
Většina výrobců integrovaných obvodů dává všechny tyto druhy modelů k dispozici na svých stránkách. Kromě toho lze stahovat i nejrůznější kalkulačky.
Sečteno a podtrženo, návrháři desek plošných spojů i toho co na nich osadíme a jak, mají k dispozici celou řadu nástrojů, přispívajících k úspěchu jak ve fázi plánování tak i během samotné realizace. Přestože výstupy z takových softwarových pomůcek nevyřazují ze hry nepájivé kontaktní pole (bread-board), mohou rychle nabídnout osvědčená řešení a přispět ke zkrácení celého vývoje v laboratorních podmínkách.
Download a odkazy:
-
SwitcherPro™: Nástroj pro návrh spínaných napájecích zdrojů www.ti.com/switcherpro-ca.
-
FilterPro™: Nástroj pro návrh analogových filtrů www.ti.com/filterpro-ca.
-
TINA-TI™: Simulační program, založený na SPICE, pro oblast analogové elektroniky www.ti.com/tinati-ca.
Něco o autorovi:
- Bonnie C. Baker
pracuje jako Senior Applications Engineer ve společnosti Texas Instruments, kde ji také zastihnete na adrese ti_bonniebaker@ list.ti.com (záměrně uvedeno v neklikatelné podobě a s mezerou za zavináčem).
