Úvod do Altium Designeru I.

  Návrhových systému pro elektroniku existuje velké množství. Altium Designer si vzal za cíl integrovat většinu činností spojených s návrhem elektroniky do jednoho programu a umožnit tak lepší provázanost dat jednotlivých částí návrhu bez nutnosti používat různá uživatelská rozhraní. Díky této vlastnosti a příznivé ceně se v poslední době dostává Altium Designer do pozornosti mnoha elektro-inženýrů. V tomto seriálu článků bych chtěl představit základní postupy práce v tomto návrhovém prostředí.

  Hledání vhodného návrhového prostředí není jednoduchá úloha. Rozhodujícími parametry bývá mimo efektivity práce a celkových možností systémů také především cena tohoto prostředí a licenční politika. Podobné články obvykle začínají vytvořením jednoduchého projektu. Jelikož je však tento návrhový systém poměrně komplexní, tak si zaslouží před tímto krokem alespoň obecný popis, aby případný zájemce měl informaci o tom, jaké má možnosti. V prvním díle seriálu si proto projdeme filozofii Altium Designeru, možné typy projektů a systém knihoven, které jsou v každém návrhovém systému podle mne tím nejdůležitějším.

Altium Designer

  Altium Designer (AD) je produkt australské společnosti Altium Ltd., který navazuje na předchozí návrhový systém plošných spojů Protel. V současné době se ustálil systém upgradů Altium Designeru v podobě dvou hlavních aktualizací ročně označované jako Summer a Winter release. Minoritní aktualizace jsou vydávány podle potřeby a aktualizace je možné provádět automaticky. Aktuální verze je označována jako Summer 09 release (verze 9.3.1) a veškeré informace uváděné v tomto seriálu se budou tedy týkat této verze.

  Výčet všech možností tohoto návrhového prostředí by dalece přesahoval prostor vyhrazený pro tento článek. Věřím, že každý zájemce o tento systém je schopný si podle doporučených informačních zdrojů z jedné z následujících kapitol vytvořit přehled o tomto rozsahu možností. AD jako takový lze zařadit mezi profesionální návrhové systémy nejen plošných spojů. Umožňuje i návrh software pro obecné CPU, konfigurace FPGA a CPLD obvodů, obvodové simulace a dovoluje také vytvořit jednoduché GUI k dané aplikaci (spíše pro testování nebo kalibrační účely). Sdružení všech těchto činností odstraňuje nepříjemnou vlastnost ostatních nástrojů, jíž je neustálé exportování a importování dat do různých programových nástrojů, které mají různé uživatelské rozhraní. Díky relativně mladému věku systému a neustálým inovacím odpovídá tento program standardním zvyklostem současného uživatele PC s operačním systémem Windows, což neplatí u všech návrhových systémů.

Altium Designer s načteným PCB projektem (po kliknutí v plnem rozliseni)

  AD je také úzce spojen s vývojovou deskou označovanou jako NanoBoard. Jedná se o vývojovou desku s FPGA (volitelně Xilinx nebo Altera), která obsahuje velké množství standardních periferií (USB, Ethernet, VGA, Audio kodek, Video, GPIO a mnoho dalších). Tyto periferie jsou pro konkrétní model NanoBoardu připraveny ve standardních knihovnách včetně případných ovladačů. Díky tomu je možné velice rychle připravit funkční prototyp algoritmu zpracování reálných signálů ještě před zahájením vlastního vývoje zařízení. Během tréninkových kurzů se začátečníci naučí z této vývojové desky vytvořit například audio přehrávač během několika desítek minut apod.

NanoBoard NB2 (vlevo) a novější NanoBoard 3000 (vpravo)

Licence

  Licencování produktu je mírně odlišné od zažitých standardů, které používají ostatní výrobci software. Konkrétní znění licencí si jistě každý sám dohledá, pro nás je v tuto chvíli důležité pouze to jakým způsobem se licence používají. Dostupné jsou tři typy licencí:

• On-demand – Licence je uložena na serveru Altium Ltd., k jejímu získání při každém spuštění AD je nutné připojení k internetu. Po přihlášení k Altium účtu jsou automaticky načteny licence, na které má uživatel nárok a může jí aktivovat. Pokud je dostupná posledně použitá licence, tak se automaticky použije. U této licence lze provádět tzv. Roaming, kdy se licence vypůjčí na stanovenou dobu (lze nastavit počet dní) a připojení k internetu není po tuto dobu vyžadováno. Výhodou je sdílení stejné licence mezi více uživateli, kteří nepotřebují pracovat současně.
• Standalone – Běžný způsob, kdy je licence v podobě souboru uloženém v počítači uživatele. Licence je tedy dostupná i bez připojení k internetu, nelze jí však přímo sdílet mezi více uživateli.
• Private server – Licence je uložena na uživatelském licenčním serveru, který se instaluje jako speciální aplikace společnosti Altium Ltd. Tato aplikace umožňuje pokročilý management licencí v rámci lokální sítě a odpovídá parametry tomu, co je označováno obvykle jako floating licence. Private server je ideální pro větší skupiny návrhářů, pokud disponují trvale běžícím serverem.

  Licence pro nové majoritní verze (Summer a Winter) musí být ručně upgradována na stránkách Altium. Za zmínku jistě stojí také možnost požádat o licenci na plně funkční 30 denní zkušební verzi a také existence studentské verze licence pro nekomerční použití obsahující všechny části systému.

Rozhraní AD pro nastavení licence, použití licence On-demand

Typy projektů

  Jednotlivé návrhy jsou v AD děleny na projekty. Tyto projekty jsou sdružovány do seskupení označovaných jako workspace, které umožňuje načíst a ukládat společně související projekty (i různých typů), např. pro plošný spoj a pro konfiguraci FPGA na tomto plošném spoji, případně i další pomocné plošné spoje tvořící fyzicky celek daného zařízení. AD člení projekty do celkem 6 typů podle toho, na kterou činnost jsou projekty zaměřeny. Typy projektů jsou následující:

• PCB – základní typ projektu pro návrh plošného spoje (PCB). Takovýto projekt obsahuje především schematické podklady pro návrh plošného spoje, soubory plošného spoje, obsahuje nastavení pravidel pro návrh spojů, knihovny, případně další soubory s dokumentací atd.
• FPGA – projekt zaměřený na návrh konfigurace FPGA je podobný projektům z návrhových prostředí výrobců FPGA. Umožňuje tedy sdružovat návrh konfigurace FPGA realizovaný textově v podobě HDL souborů (VHDL a Verilog) nebo v podobě grafického schématu. Zde je použit stejný schematický editor jako pro projekty PCB. Dále pak projekt obsahuje soubor přiřazení logických portů konfigurace k fyzickým vývodům FPGA (Constrain) a také výstupní soubory vznikající syntézou a implementací konfigurace do konkrétního modelu FPGA. Překlad probíhá automaticky za pomoci rozhraní nástrojů od výrobců FPGA, tudíž jsou výsledky přímo použitelné pro konfiguraci FPGA bez jakékoliv konverze. AD navíc disponuje USB-JTAG rozhraním (dodáváno s licencí pro AD), které umožňuje ovládat připojený JTAG chain. Toto přímé propojení přináší jisté výhody, jak si ukážeme v některé příští části seriálu.
• Core – typ projektu směřující k tvorbě IP jader použitelných pro FPGA.
• Embedded – tento projekt slouží k vytvoření softwarové aplikace pro procesory použité na plošném spoji. Aplikace lze vytvářet pro několik typů procesorů včetně softwarově vytvořených procesorových jader v FPGA, pro které je tento typ projektu primárně určen.
• Integrated library – projekt jehož výstupem je obecně použitelná integrovaná knihovna. Součástí jsou knihovny schematických prvků (*.SchLib), pouzder pro plošný spoj (*.PcbLib), 3D modelů pro plošný spoj (*.Pcb3DLib), případně další modely (Spice).
• Script – projekt slouží k vývoji a odladění uživatelsky definovaných funkcí AD. Mimo klasického pojetí skriptů je možné vytvořit formulářovou aplikaci, tak jak je známe z prostředí Windows a tak přetvořit chování AD k obrazu svému. 

Práce s knihovnami

  Knihovny AD jsou tvořeny několika částmi. Převážná část dodávaných knihoven je tvořena takzvanými integrovanými knihovnami (*.IntLib). Takto vytvořený soubor knihovny obsahuje všechny potřebné části pro návrh a simulaci při návrhu PCB nebo FPGA projektu. V případě komponenty pro návrh plošného spoje se tedy jedná o schematickou značku, 2D a 3D model pouzdra, simulační model a logistické údaje (odkazy na dokumentaci, prodejce atd.). Ne všechny dodávané komponenty obsahují všechny tyto části, ale je možné je volitelně doplňovat. Integrovanou knihovnu lze mimo klasického postupu vytvořit z existujícího projektu (Design -> Make Integrated Library). Tato funkce je výhodná především pro vytvoření lehce přenosného projektu. Ten pak obsahuje mimo schémat, návrhu desky plošného spoje, zdrojových textů programu i jedinou knihovnu, která v sobě sdružuje všechny použité komponenty tohoto projektu.

  Integrované knihovny však netvoří jediný typ knihoven v AD. Lze použít samostatné schematické knihovny (*.SchLib), knihovny pouzder (*.PcbLib) a knihovny modelů (*.MDL,*.CKT), které představují jednotlivé součásti integrované knihovny. Každá dílčí knihovna pak obsahuje odkaz na jinou dílčí knihovnu obsahující například odpovídající model pouzdra. 

  Dalším typem jsou databázové knihovny, které umožňují centralizovanou správu knihoven (lze i u integrovaných knihoven prostřednictvím sdíleného prostoru na serveru). Komponenta v databázové knihovně představuje spíše odkaz na konkrétní model komponenty uložený zpravidla na serveru. Lze tak pohodlně změnit například odkaz na prodejce, skladové číslo apod. nezávisle na vlastním modelu komponenty. Tento způsob ulehčuje současnou práci více členů týmu na společném projektu.

  AD je dodáván v současné době s více než 1000 integrovanými knihovnami, které obsahují v mojí standardní instalaci přesně 127595 komponent. Knihovny jsou organizovány do adresářů podle výrobců komponent a v nich jsou jednotlivé knihovny rozděleny podle cílového použití komponent (např. CATV Amplifiers nebo RF and IF Attenuators). V takto velkém počtu komponent v knihovnách je však rozhodující především vyhledávání. AD umožňuje vyhledávání podle regulárních výrazů libovolného informačního pole komponenty jak v aktivně použitých knihovnách v projektu, tak v celém adresáři knihoven. Tato možnost do jisté míry umožňuje uživateli využít i knihovny, které nezná detailně, jak tomu bývá při zahájení práce s novým návrhovým systémem.

  Další knihovny jsou dostupné na stránkách Altium Community Libraries. Na získávání 3D modelů komponent je pak vhodný portál 3D ContentCentral.

Zdroje informací

  Hlavním zdrojem informací při práci s Altium Designérem by měla být vlastní nápověda programu, která je realizována dvojím způsobem. První jsou lokální dokumenty nápovědy (Local Documets) v podobě PDF a dalších souborů nahraných při instalaci do složky AD Help, pro které je použito fulltextové vyhledávání. Druhý způsob nápovědy je zprostředkován pomocí online Wiki, která je zobrazována přímo v prohlížeči AD.

  Tento systém nápovědy je doplněn samostatnými tréninkovými kurzy a průvodci, video manuály a ukázkami (které vřele doporučuji), online semináři a na míru organizovanými výukovými kurzy. Mezi další zdroje informací a pomoci uživatelům lze zařadit oficiální centrum podpory SUPPORTcenter a oficiální uživatelské fórum. Oba tyto zdroje jsou přístupné po přihlášení uživatele pomocí jeho Altium účtu.

  Z lokálních zdrojů je možné kontaktovat CZ/SK zastoupení společnosti Altium Ltd. firmu RETRY s.r.o. nebo také využít emailovou konferenci Altium Designer na konferenčním serveru Pandora – altium@ pandora.cz.

Závěr

  V příštím díle seriálu bych rád čtenářům po tomto nutném základním přehledu představil postup práce v AD při navrhování jednoduchého plošného spoje od založení projektu po generování podkladů pro výrobu. V dalších dílech se pak chci zabývat podrobněji jednotlivými kroky s ukázkou různých možností AD pro zjednodušení práce návrháře jako je především nastavení online DRC, pokročilé postupy kreslení spojů, použití návrhových oblastí (rooms), návrh „vícekanálového“ zařízení (multi-channel), vytvoření různých verzi plošného spoje, vytvoření knihovny, návrh plošného spoje s FPGA (populární pin-swapping), vytvoření projektu pro konfiguraci FPGA a několik dalších. Možnosti AD jsou z tohoto hlediska velice široké a kompletní popis všech postupů by znamenal spíše přeložení dokumentace, což není cílem tohoto seriálu. Chci zájemcům pouze představit některé postupy, které mohou být přínosné při tvorbě elektronických zařízení.

Odkazy

• Stránky společnosti Altium Ltd.
• Emailová konference Altium Designer
• Video manuály pro Altium Designer