آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

[roland]

با عرض سلام خدمت همه ی دوستان و علافه مندان به فراگیری علوم الکترونیک و کامپیوتر :smile:!!!
هدف من از ایجاد این تاپیک در واقع آموزش حرفه ای طراحی PCB تحت نرم افزار Altium Designer هشتش ، قطعاً دوستانی در این انجمن حضور دارند که از من بهتر هستند و تجربه ی بیشتری تو این زمینه دارند ، ولی من قصد دارم با جدیت این بحث رو ادامه بدم و به پایان برسونم . از شما دوستان عزیزم می خوام با من همکاری کنید ... یا علی

[roland]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

1 : مقدمه

قبل از شروع این نکته رو بگم که هدف من آموزش طراحی بردهای پیشرفته هستش نه آموزش جامع نرم افزار Alltium Designer ، به بیانی دیگه من می خوام آموزش های لازم رو برای طراحی بردهای فرکانس بالا ، مثل فرستنده و گیرنده های دیجیتالی ، سیستم های مبتی بر پردازنده های DSP و ... رو بدم ، چون تو ایران اکثراً با این نرم افزار PCB رو طراحی می کنند ، منم تصمیم گرفتم این نرم افزار رو معرفی کنم ، شما می تونید با نرم افزارهای دیگه مثل Proteus , orcad و ... کار کنید !!

Altium Designer یک نرم افزار یکپارچه برای طراحی PCB ، آنالیز مدارات الکترونیکی ، کدنویسی و شبیه سازی تراشه های FPGA و ... می باشد ، در قدیم این نرم افزار را با نام های Protel 99SE ، Protel DXP می شناختند اما اکنون با انتشار نسخه جدیدتر نام آن به Altium Designer تغییر کرده است ، با توجه به اینکه کاربران ایرانی از نسخه قفل شکسته این نرم افزار استفاده می کنند نمی تونیم از امکانات کامل این نرم افزار بهره مند شیم و یا اگر هم این امکان وجود داشته باشه با باگ های بسیاری روبرو هستیم ؛ با این همه تفاسیر باز هم این نرم افزار به دلایلی از جمله دارا بودن کتابخانه های بی نقص ، وجود تحلیل گر پی اسپایس برای آنالیز مدارات آنالوگ و از همه مهم تر پشتیبانی شرکت های ساخت PCB بهترین گزینه برای طراحی PCB خواهد بود . قیمت اصلی این نرم افزار حدود 4 میلیون تومان هستش ( البته این قیمت برای دو سال پیش بود الان نیمیدونم ) و از اونجایی ایران جزو کشورهای تحریم شده است امکان خرید این نرم افزار برای ایرانیان فراهم نمیشه پس فکر کار کردن با نسخه اورجینال رو از ذهنتون دور کنید ، با همین نسخه قفل شکسته هم کارتون راه میافته ؛ اما آموزش کار کردن با این نرم افزار به چه صورتی هستش ، ببین عزیزم کار کردن با Altium Designer زیاد مشکل نیست و تا جایی که من میدونم اونقدر مطلب آموزشی مربوط به این نرم افزار تو این انجمن پیدا میشه که کارتون راه بیافته و اگر هم می خواین کامل کامل این نرم افزار رو یاد بگیرد می تونید از فیلم های آموزشی خود نرم افزار که از طرف شرکت ارائه شده استفاده کنید یا از فیلم آموزشی شرکت بهکامان که خیلی میتونه بهتون کمک کنه ، در هر صورت اگه شما بهترین منبع رو هم داشته باشید بدون تمرین و ور رفتن با نرم افزار ، قلق کار دستتون نمیاد :read:!!!!!!
حالا بریم سر اصل مطلب ؛ شما فرض کنید که نرم افزار Altium Designer یا هر نرم افزاری که خودتون باهاش کار میکنید رو کامل یاد گرفتید و مرحله ای رسیدید که توانایی طراحی PCB رو بصورت کامل دارید ، اما تسلط بر روی نرم افزار شرط کافی نیست و شما باید یاد بگیرید که در طراحی PCB برای یک سیستم خاص چه نکاتی مدنظر می باشد تا در محل تست با مشکل رویرو نشید ، ما در دنیایی زندگی می کنیم که عرضه فن آوری روز به روز در حال رشد و توسعه هستش پس ما باید خودمون رو با این فن آوری بروز کنیم ، در طی این مراحل دو اتفاق مهم در کارایی سیستم های الکترونیکی مدرن رخ میده : 1 - فرکانس سیگنال ها افزایش می یابد 2 - ولتاژ کاری تراشه ها کاهش و در مقابل افزایش جریان مصرفی آنها
به عنوان مثال شما قصد طراحی یک سیستمی رو دارید که تراشه مرکزی اون AVR هستش و مطمئناً شما حداکثر با فرکانس 40MHZ روبرو میشین ، بنابراین طراحی PCB برای چنین سیستمی مشکل نیست و رعایت نکردن برخی از نکات اصول طراحی شاید تأثیر زیادی در کارایی سیستم نداشته باشه ولی به هر حال ممکنه در مرحله طراحی و تست برد با مشکلاتی از قبیل افزایش نویز و تشعشعات ناخواسته و ... روبرو بشید که به راحتی قابل حله !!!!!!
اما اگر بخواین در این سیستم از تراشه ای مثال LPC17XX استفاده کنید که فرکانس کاریش به 120MHZ هم میرسه یا بطور مشابه بخواین از پردازنده های DSP , FPGA و یا ARM استفاده کنید که در اونها فرکانس از مرز 1GHZ میگذره دیگه طراحی PCB به همین راحتی نیست و برای اینکه سیستم مدنظر شما با اختلال در عملکرد روبرو نشه و در شرایط محیطی تعریف شده بتونه عملکرد قابل قبولی داشته باشه باید نکاتی رو رعایت کنید تا نتیجه قابل قبولی از سیستم یگیرید ، به عنوان مثال سیستم های فرستنده و گیرنده دیجیتال ، سیستم های مربوط به تجهیزات پزشکی ، مادربردهای کامپیوتر و ... همگی جزء مواردی هستند که باید طراحان سیستم نکاتی ویژه را در رابطه با طراحی PCB رعایت کنند . اما مباحثی رو که قرار ما با هم اینجا دنبال کنیم بصورت جلسه ای هستش که من اونا رو در زیر عنوان می کنم :

جلسه 1 : لایه های برد متناسب با تغییرات فرکانس سیستم ، سیستم های آنالوگ رادیویی و مایکروویو ، سیستم های دیجیتالی پرسرعت ، توصیف سیستم در حوزه زمان و فرکانس ، راه حل هایی برای خنثی کردن اثرات متقابل میدان های الکتریکی و مغناطیسی تولیده توسط المان های مدار ( انتشار یافت )

جلسه 2 : بردهای یک لایه ، بردهای دولایه ، بردهای چند لایه ، استانداردهای سازمان IPC ، معرفی اجزای اصلی تشکیل دهنده بردهای مدارچاپی ، کاهش نویز و امپدانس مسیر برگشت سیگنال ها با استفاده از RP ، فن آوری THT ، فناوری PF ، فناوری POP ، فناوری SMD ، معرفی انوع رایج پایه های SMD ، معرفی انواع رایج تراشه های SMD ، معرفی انواع رایج مقاومت ها ، خازن ها و سلف های SMD ، در نظر گرفتن خطوط Microstrip و Stripline در محاسبه امپدانس با توجه به یک RP ، محاسبه سرعت انتشار سیگنال در محیط های مختلف ( در حال تألیف )

جلسه 3 : DFX چیست ؟ ، الزامات مونتاژ برد به روش های کارخانه ای ، پارامترهای صنعتی و بی المللی در طراحی ادوات الکتریکی و الکترونیکی ، معرفی روش های کسب اطمینان از کیفیت محصول از قبیل MI - ICT - AOI - AXI ، معرفی استاندارد JTAG ، شرایط محیط ایجاد شده برای تست سیستم ، بررسی نکات ویژه در طراحی برد ، تراشه های BGA و نکات طراحی

جلسه 4 : پروسه طراحی بردهای پیشرفته

جلسه 5 : اثرات خطوط انتقال سیگنال در سیستم های فرکانس بالا

جلسه 6 : انتقال اطلاعات فرکانس بالا به صورت تفاضلی


{ جلسات ویژه }

جلسه 7 تا 20 : طراحی PCB برای سیستم های پیشرفته با محدوده فرکانسی 100MHZ تا 10GHZ

جلسه 21 تا 25 : روش های تکنیکی طراحی سیستم منبع تغذیه بصورت هوشمند و صنعتی

جلسه 26 تا 30 : EMC چیست؟ ، نکات و کاربردهای مربوطه

جلسه 31 تا 40 : نکات طراحی بردهای مبتنی بر هسته های ARM

جلسه 41 تا 50 : نکات طراحی بردهای مبتنی بر هسته های FPGA و DSP

جلسه 51 تا 70 : پیاده سازی PCB یک مدار گیرنده دیجیتال تصویر با ترکیبی از هسته ی ARM Cortex-A8 و تراشه FPGA مدل Spartan شرکت Xilinx { بخش بسیاری کاربردی و هیجان انگیز - منتظر باشید !!!!!!!! } :eek: oo: :surprised:

[afsss]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

با سلام

آقای چلاوی بی صبرانه منتظر آموزش های خوبتان هستیم. خیلی وقت بود یه تاپیک جون دار توی بخش پروتل نداشتیم. از تمامی دوستان خواهشمندم از این تاپیک حمایت کنند تا به سر منزل مقصود برسه. از کلیه اساتید ECA نیز تقاضا دارم آقای چلاوی رو در این تاپیک همراهی کنند تا از تمامی تجربه های دوستان استفاده بشه.

موفق و پیروز باشید.

[MOGTABAKIT]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

با سلام واقعا جای یه بحث در مورد این مطلب خالیه

[sma]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

سلام به همه دوستان
با اجازه جناب چلاوی میخواستم بگم اگه واقعا 70 جلسه به این مفیدی قراره قرار داده بشه یه تاپیک انحصاری که فقط نکات آموزشی توش مطرح بشه برای این کار در نظر گرفته بشه و سوالات در یه تاپیک دیگه مطرح بشه .
پست های تشکر و سوال هم حذف بشن تا یه تاپیک عالی داشته باشیم با مطالب پیوسته !
سوال و جواب تاپیک رو طولانی میکنه و مسیر آموزش رو هم منحرف میکنه .
اگه موافقید یه سری قوانین تنظیم کنید و توی پست اول قرار بدید. مطمئنم اگه چند جلسه بگذره این تاپیک و تاپیک دوست و برادرش ( سوال و جواب ) پین میشن بالای تالار.

[roland]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

[glow=red,2,300][size=+2][color=beige][b]با عرض سلام و خسته نباشی خدمت همه بر و بچه های برق و الکترونیک ؛ دوستای گلم از شما خواهش میکنم برای تبادل نظرات و همچنین پرسش و پاسخ در مورد آموزش مذکور از تاپیک http://www.eca.ir/forum2/index.php?topic=105092.0ستفاده کنید . [/glow]

جلسه 1 : بررسی نکات اولیه در طراحی بردهای پیشرفته

مقدمه
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و علوم الکترونیک روز به روز شاهد پیشرفت در صنایع الکترونیکی و اتوماسیون صنعتی هستیم ؛ پیشرفت تکنولوژی تأثیر مستقیمی در تولید المان ها و قطعات الکترونیکی دارد ، هر بار که سیستم های دیجیتال به سوی مدرن شدن پیش میرون قطعات پیشرفت تری در ابعاد کوچکتر تولید میشوند که این امر سبب میشود سرعت سیستم بالاتر رفته و در نتیجه فرکانس سیستم رو به افزایش میرود . با افزایش فرکانس سیستم طراحی PCB مشکل میشود و رعایت نکردن پارامترهای فوق که حاوی نکته ها و ترفندهای طراحی هستند سبب اختلال در عملکرد سیستم میشود . بنابراین طراحی PCB بردهای فرکانس بالا نیازمند دانش و تخصص فنی بالایی میباشد که با استفاده از تجربه میتوانید آن را کسب کنید ؛ البته قبل از کسب تجربه شما به یک منبع آموزشی جامع نیازمندید تا شما را در این مسیر یاری و سوق دهد تا بتوانید اولین PCB را برای بردهای پیشرفته پیاده سازی نمایید .




1 – لایه های برد متناسب با تغییرات فرکانس سیستم
سیستم های دیجیتال مدرن معمولاً در فرکانس های بالا طراحی و تولید میشوند . به عنوان مثال شما در نظر بگیرید که میخواهید یک سیستم امنیتی و حفاظتی طراحی کنید که پردازنده این سیستم تراشه STM32F407IGT6 با فرکانس کاری 168MHZ می باشد ، حال میخواهید برای این سیستم PCB طراحی کنید ، در این زمان قبل از هر چیز دو سوال پیش میاد که اولاً برد موردنظر باید چند لایه باشد و ثانیاً عرض مسیرهای سیگنال باید چقدر باشد ؟
پاسخ : به طور کلی بردها از لحاظ تعداد لایه به سه گروه تقسیم بندی میشوند :
1 – بردهای یک لایه 2 – بردهای دولایه 3 – بردهای چندلایه
امروزه استفاده از بردهای یک لایه رو به کاهش است و بردهای دولایه متالیزه شده بیشتر به چشم میخورند و بردهای چندلایه میتوانند 4 لایه ، 8 لایه ، 16 لایه و ... باشند ، از بردهای چند لایه معمولاً در پروژه های صنعتی و تجاری ، پروژه های نظامی و ... استفاده میشود ، البته بسیاری از شرکت هایی که به طراحی بردهای آموزشی می پردازند نیز از طرح چند لایه بودن برد استفاده میکنند .
و همچنین عرض مسیرهای سیگنال در فرکانس های مختلف متفاوت است ، و بر حسب واحد mil یا فوت تعیین میشود ، در حالت کلی برای سیستم هایی با فرکانس کاری 100MHZ عرض مسیرها حداقل 4mil و برای سیستم هایی با فرکانس کاری در محدوده گیگاهرتز حداقل 1mil میباشد ، البته این مقادیر ثابت نیستند و بسته به نوع سیستم تغییر میکند .

مطالب مربوط به این تیپ در جلسات آینده بصورت کامل بررسی میشوند . شما در جلسات آینده یاد خواهید گرفت که چگونه تعداد لایه های برد را انتخاب و متناسب با فرکانس سیستم عرض مسیرهای سیگنال را محاسبه کنید .


2 - سیستم های مخابراتی و مدارات مایکروویو
این دسته از سیستم ها جزء سیستم های پرسرعت محسوب میشوند . یک سیستم مخابراتی میتواند از یک مدار RF ساده مثل فرستنده FM تشکیل شده باشد یا میتواند شامل یک سیستم پیشرفته با پردازنده DSP و FPGA باشد ، در هر صورت پی بردن به 4 نکته زیر میتواند حائز اهمیت باشد :
1 – تطبیق امپدانس مسیرها 2 – افت سیگنال 3 – نوع دی الکتریک برد 4 – استفاده از RP ( صفحات مرجع )

مطالب مربوط به این تیپ در جلسات آینده بصورت کامل بررسی میشوند . شما در جلسات آینده یاد خواهید گرفت که چگونه PCB یک گیرنده دیجیتال تصویر را با استفاده از نکات و استانداردهای بین المللی تعریف شده پیاده سازی نمایید .

3 – سیستم های دیجیتالی مدرن و پرسرعت
DVD Player ، تلفن همراه ، لبتاپ ، ارگ های الکترونیکی ، چاپگرهای سه بعدی و ... همگی جزء سیستم های دیجیتالی مدرن و پرسرعت محسوب میشوند . المان های مورداستفاده در سیستم های دیجیتال نسب به مدارات مخابراتی بیشتر است اما طراحی PCB سیستم های دیجیتالی نسب به مدارات مخابراتی و مایکروویو کمی آسان است ولی در هر دو حالت باید از یک اصول پیروی کنیم .
مطالب مربوط به این تیپ در جلسات آینده بصورت کامل بررسی میشوند . شما در جلسات آینده یاد خواهید گرفت که چگونه PCB یک سیستم DVR ( پردازش تصویر ) را با استفاده از نکات و استانداردهای بین المللی تعریف شده پیاده سازی نمایید .


4 – توصیف سیستم در حوزه زمان و فرکانس
طراحان سیستم های دیجیتال : سیستم را در حوزه زمان متناسب با دو پارامتر زمان صعود سیگنال ( Rise Time ) یا تأخیر انتشار ( Propagation Delay ) توصیف می کنند .
طراحی سیستم های آنالوگ : سیستم را در حوزه فرکانس تعریف می کنند .
سیستم های مرکب آنالوگ و دیجیتال : فرض کنید میخواهید یک دماسنج با تراشه FPGA طراحی کنید اما تراشه مذکور از واحد ADC برخوردار نیست ، در این صورت شما باید از یک مبدل ADC جهت تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال استفاده کنید ، بدین ترتیب توصیف چنین سیستمی در حوزه فرکانس و زمان با هم صورت میگرد .
مراحل کار :
1 – ابتدا سیستم خود را تشریح کنید ( آنالوگ / دیجیتال / مرکب )
2 – برای پایداری کیفیت سیگنال و جلوگیری از ایجاد اعوجاج باید موارد زیر را در نظر داشته باشید :
2 – 1 پهنای باند سیستم باید توانایی عبور کلیه هارمونیک های سیگنال را بدون اینکه در کیفیت سیگنال تغییر ایجاد کند یا حتی سبب ایجاد اختلاف فاز شود عبورد دهد . ( هر سیستمی که طراحی میشود دارای یک پهنای باند است که خود از المان ها ، برد مدارچاپی ، کانکتورها و سایر ادوات وابسته تشکیل میشود . )
2 – 2 ایجاد محدودیت در پهنای باند سبب افزایش اعوجاج و کاهش کیفیت سیگنال میشود که این موارد از المان ها و سایر عناصر مداری تأثیر میگرند .
2 – 3 برای محاسبه پهنای باند در سیستم های دیجیتال میتوانید از رابطه زیر استفاده کنید :
BW = 0.35 ( Rise time or Fall time ) - end
3 – 3 به نکات زیر دقت کنید :
نکته 1 : محاسبه پهنای باند سیستم در مدارات آنالوگ با روابط ساده فرکانس قابل محاسبه است .
نکته 2 : اگر زمان صعود مشخص نبود پهنای باند را به طور تقریبی 5 برابر فرکانس کلاک در نظر بگیرید .
نکته 3 : زمان صعود یک پالس دیجیتال به طور تقریبی برابر 0.1 پریود سیگنال است .
نکته 4 : هر چه فرکانس سیستم افزایش یابد و زمان صعود از 1ns کاهش یابد طراحی برد سخت تر میشود و مراحل کار باید با جدیت ادامه یابد .

5 - راه حل هایی برای خنثی کردن اثرات متقابل میدان الکتریکی و مغناطیسی
هر چقدر سیستم ها به سمت مدرن شدن پیش میروند ابعاد مدار کاهش میابد و در این صورت طراحان مجبورند المان ها را در فاصله¬ی کمی از هم قرار دهند در این صورت اثرات متقابل میدان الکتریکی و مغناطیسی حاصل از ارتباط المان ها از طریق مسیر ( سیم ) پدیدار میشود ؛ بنابراین در فرکانس های بالا مسیر ها از خود خاصیت سلفی ، مقاومتی و خازنی ( بصورت مدل خط انتقال – Transmission Line ) نشان میدهند که توجه نکردن به این موضوع میتواند سبب اختلال در عملکرد مدار و کاهش کیفیت سیگنال شود ؛ از طرفی در سیستم های مرکب آنالوگ به دیجیتال موضوع ارجعیت یک سیگنال به سیگنال دیگری میتواند سبب ایجاد نویز گردد و ورودی مورد نظر را از این نظر تشدید کند .
به روابط زیردقت کنید :
( 1 ) V = L * di / dt
( 2 ) I = C * dv / dt
( 3 ) Landa = C / f
رابطه 1 : ولتاژ دو سر سلف ( القاگر ) از این رابطه محاسبه میگردد و از آنجایی که مسیر اتصال دهنده المان ها از خود خاصیت سلفی نشان میدهند ما میتوانیم با استفاده از این رابطه و متناسب با زمان صعود یا نزول سیگنال مقدار ولتاژ را بدست آوریم ، هر چند مقدار ولتاژ بدست آمده نشاندهنده میزان نویز سیستم است که با کاهش زمان صعود سیستم یا افزایش فرکانس افزایش می یابد .
رابطه 2 : برای محاسبه جریان دینامیک سیستم میتوانیم از این رابطه استفاده کنیم ، هر چقدر مقدار نویز بیشتر شود جریان دینامیک سیستم نیز افزایش می یابد .
رابطه 3 : برای محاسبه طول موج میتوانیم از این رابطه استفاده کنیم . زمانیکه به مقدار طول موج نیازمندیم که ابعاد فیزیکی و طول مسیرهای برد قابل مقایسه با طول موج بالاترین مولفه فرکانسی سیستم باشد در این صورت علاوه بر محاسبه طول موج باید از مدل خط انتقال استفاده نمائیم . در این رابطه f بیانگر بالاترین فرکانس سیستم و C سرعت انتشار سیگنال میباشد که به نوع ماده ( یعنی جنس فیبر ) بستگی دارد و به طور کلی برابر ½ تا 2/3 سرعت انتشار موجود در خلأ ( 10 به توان عدد 8 در واحد متر تقسیم بر 3 * s ) است .
این تیپ به صورت کامل در قسمت EMC بررسی میشود .

*** پایان جلسه اول ***

[shayanbaro]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

سلام،
اموزشتون قطع شده؟
از کجا میتونم طراحی بردهای پیشترفترو یاد بگیرم؟

[0114takpa]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

چی شد پس ؟!

[احمد5]

پاسخ : آموزش اصول طراحی بردهای پیشرفته با نرم افزار Altium Designer

ظاهرا فقط یک نمایش از آموزش بود