Wie man einen Schaltplan mit dem Altium Designer erstellt: Die Reise der tausend PCBs
Jetzt ist es also so weit: Sie haben Ihre PCB-Designsoftware auf Altium Designer umgestellt, nachdem Sie vier Jahre lang mit OrCAD gearbeitet haben. Der Wechsel ist aufregend und hält sicher einige Herausforderungen bereit, die es im Zuge Ihres Einarbeitungsprozesses zu meistern gilt, in dem Sie alle Funktionen zu erlernen versuchen, die die Werkzeuge dieser durchgängigen Designumgebung Ihnen bieten. Sie werden vielleicht reflexartig auf alte Prozesse zurückgreifen, nur um dann festzustellen, dass es eine deutlich rationellere Variante gibt.
Aber Moment einmal – es gibt einen wichtigen Schritt, den Sie machen müssen, bevor Sie sich in alles einarbeiten: Wie wird eigentlich ein Schaltungsplan erstellt? Vielleicht fühlen Sie sich von all den Funktionen etwas erschlagen, aber keine Sorge! Ob Sie nun jahrzehntelange Erfahrung mitbringen oder Ihre Designkarriere gerade erst beginnen: Jedem Altium-Nutzer vor Ihnen ist es genau wie Ihnen ergangen.
Weil wir Software in kleine Schritte herunterbrechen, muten wir uns nie zu viel zu. Häufig mit dem Endziel eines voll funktionstüchtigen PCB, können wir als ersten Schritt den Schaltplan erstellen, auf dem unser PCB basieren soll.
Schaltungsplan erstellen für einen einfachen Audioverstärker
Ich habe eine Schwäche für Audio-Schaltkreise. Ich habe eine Handvoll Lautsprecher mit vorgefertigten PCBs gebaut, aber noch nie selbst einen fertiggestellt. Für dieses erste PCB wollte ich also einen funktionstüchtigen Audioverstärker bauen, den ich für mein nächstes Projekt nutzen konnte.
Als Grundlage wählte einen sehr einfachen Verstärker mit dem LM386. Dieser benötigt nur ein Minimum an Bauteilen, was ihn zu einer idealen Basis macht. Besonders wenn es darum geht, den ersten Schaltkreis zu zeichnen, sind Minimalismus und viel Freiraum ein guter Anfang, um sich an die Werkzeuge und Funktionen zu gewöhnen.
Um Ihnen ein Bild davon zu vermitteln, was am Ende herauskommen soll, finden Sie unten den Verstärkerschaltplan, den wir uns als Vorlage nehmen:
Öffnen eines neuen Schaltplans
Nachdem Sie sich einen Kaffee eingeschenkt und Ihre Dehnübungen gemacht haben, ist der erste Schritt eines neuen Projekts stets das Öffnen eines neuen PCB-Projekts. Das geht einfach über „File > New > Project > PCB Project“.
Nach dem Öffnen erstellen wir einen neuen Schaltungsplan zum Platzieren Ihrer Bauteile. Klicken Sie rechts auf das neue PCB-Projekt und gehen Sie auf „Add New to Project > Schematic“.
So erhalten Sie ein freies Blatt, auf dem Sie Ihren Schaltplan entwerfen können. Das läuft doch schon ganz gut – Zeit für fünf Minuten Pause.
Bauteilbibliotheken hinzufügen
Wir haben uns bereits angesehen, wie man Bauteilbibliotheken in Altium hinzufügt und so Zugriff auf alle Bauteile erhält, die man braucht um einen Schlatungsplan zu erstellen. Da wir einen gängigen LM386-Operationsverstärker nutzen werden, fügen wir hier die Bibliothek Amplifiers and Linear Special Functions von Texas Instruments hinzu.
Stellen Sie sicher, dass Sie mit diesem Prozess vertraut sind oder zumindest diesen Blog in Ihren Lesezeichen haben, um sicherzustellen, dass Sie alle Bauteilbibliotheken nutzen können, die Altium Ihnen für Ihre künftigen Designs zur Verfügung stellt.
Schritt Eins: Das Hauptbauteil hinzufügen
Nach der Kaffeepause, einer zweiten Tasse Kaffee und der Aktualisierung Ihrer Bauteilbibliotheken wird es Zeit, am Schaltplan zu arbeiten. Ich fange gerne mit dem Platzieren der ersten integrierten Schaltkreise (ICs) an, auf denen wir dann die Schaltungen zeichnen. In diesem Fall setzen wir den LM386 mittig auf unser leeres Blatt.
Wenn wir den LM386 in unser Bibliothekssuchfeld eingeben, werden uns einige Optionen angezeigt. Ich habe einfach das erste Bauteil (LM386M-1) ausgewählt. Wir können diese Bauteilnamen später noch bearbeiten.
Klicken und ziehen Sie das IC einfach auf die Schaltplanseite, um es zu platzieren. Das sollte dann etwa so aussehen:
Sie gehen Ihre Designs vielleicht anders an oder haben einen ganz eigenen Designprozess zum Platzieren von Bauteilen in Schaltplänen. Ich persönlich mag es einfach, ein zentrales Bauteil zu haben, um das ich die zugehörigen Bauteile platzieren kann.
Die Werte der einzelnen Bauteile bearbeiten
Wie Sie vielleicht bemerkt haben, sind meine IC-Bauteilnummer (LM386) und die Bezeichnung (U1) etwas anders als der Name in der Bibliothek. Ich habe das abschließende "M-1" entfernt, um das IC für unsere Zwecke etwas allgemeiner zu halten, denn abhängig vom finalen PCB benötigen wir vielleicht eine andere Bestückungsmethode.
Um die Werte des IC zu bearbeiten, doppelklicken Sie einfach auf den zu bearbeitenden Wert. In das Eingabefeld rechts können wir dann den gewünschten Wert eingeben:
Sobald wir die passende Bauteilnummer und ‑bezeichnung eingegeben haben, können wir die anderen Bauteile platzieren.
Einfügen zugehöriger Bauteile in Ihren Schaltplan
Genau wie im ersten Schritt, durchsuchen wir jetzt die Bibliotheksdatenbank nach unseren grundlegenden Bauteilen (Kondensatoren, Widerstände, Batterien, Lautsprecher) und platzieren sie um das IC, womit der Schaltungsplan fast fertig erstellt ist.
Anstatt die Bibliothek von Texas Instruments zu durchsuchen, habe ich allerdings einfach die Bibliothek Miscellaneous Devices genutzt, um die Bauteile zu finden, mit denen wir anfangen wollen. Wir erinnern uns, dass wir jeden Wert während der Arbeit verändern können, und wählen nur die Grundbauteile aus, die wir dann später auf den gewünschten Wert umstellen.
Wichtig ist hier allerdings, die Bauteile so zu benennen und die Werte so zu ändern, dass sie zu Ihren Designvorgaben passen. Außerdem sollte alle notwendige Kommunikation sorgfältig dokumentiert werden. Für dieses Verstärkerdesign sieht die endgültige Bauteilplatzierung wie folgt aus:
Nachdem sich nun alle Bauteile auf der Leiterplatte befinden, können wir darangehen, sie mit den passenden Nachbarn zu verbinden.
Hinzufügen eines Ports für eine Audioeingangsquelle
Natürlich müssen Sie in vielen Ihrer Designs Bezeichnungen hinzufügen. Bei diesem Verstärker muss ich angeben, woher der Audioeingang kommt. Anstatt jetzt ein paar bunte Haftnotizen anzubringen, die angeben, wo der Audioeingang hingehört, füge ich einfach einen Port zum Schaltplan hinzu. Dieser gibt uns die entsprechenden Informationen, die wir später bearbeiten können.
Wenn Sie einen Port platzieren wollen, ob nun zu Referenzzwecken oder weil er benötigt wird, navigieren Sie zur oberen Werkzeugleiste und wählen Sie "Place Port", um die Referenz in Ihrem Schaltplan abzulegen, genau wie Sie es mit einem Bauteil tun würden.
Sie können den Text beliebig ändern, aber ich empfehle Ihnen dringend, jede nicht ganz ernst gemeinte Notiz, die Sie für sich im Port-Tag hinterlegen, vor der Weitergabe an Ihr Team zu ändern. Ein Beispiel für einen hinzugefügten Port sehen Sie unten:
Platzieren von Masseverbindungen im Schaltplan
Der nächste Schritt in meinem Designablauf ist das Hinzufügen von Masseverbindungen für mein Design. Ohne sie ist keine Schaltung komplett, und der Zeitpunkt hierfür ist günstig.
Genau wie beim Einfügen eines Ports in unsere Zeichnung, gehen wir auch hier in die obere Werkzeugleiste und wählen "GND Power Port". Anschließend gehen platzieren wir die notwendigen Masseverbindungen an den vorgegebenen Pins unserer Schaltung. Achten Sie dabei darauf, die optimalen Vorgehensweisen für die Masseverbindung einzuhalten. Abgesehen davon ist das Hinzufügen von Masseverbindungen wirklich einfach, denn bei Altium wurde darauf geachtet, dass diese wichtigen Schritte im Schaltplanprozess intuitiv gestaltet sind.
Wenn der Platz auf dem PCB knapp ist, platzieren Sie sie einfach etwas entfernt vom Pin, denn wir können sie im nächsten Schritt miteinander verdrahten. Wenn Sie damit fertig sind, sollte Ihr PCB in etwa folgendermaßen aussehen:
Sauberes Verlegen der Leitungen
Sie haben die ersten Schritte so gut wie geschafft, um Ihren ersten Schaltplan zu erstellen. Aber vor der nächsten Pause müssen Sie noch an den Leitungen in Ihrem Design arbeiten. Um alle Bauteile mit ihren jeweiligen Gegenstücken zu verbinden, gehen Sie in die obere Werkzeugleiste und wählen das "Place Wire"-Werkzeug.
Jetzt müssen Sie nur noch den Pin anklicken, an dem die Verbindung beginnen soll, gefolgt von dem Pin, an dem sie enden soll. In diesem Beispiel arbeiten wir an einem bereits ausgearbeiteten Design und wissen daher, welche Bauteile wohin gehören, sodass das Verbinden kein Problem sein sollte.
Wenn Sie mitgemacht oder ein eigenes Design gestaltet haben, sollte Ihr Schaltplan ungefähr dem ähneln, was Sie hier sehen:
Ob Sie es glauben oder nicht, haben Sie doch soeben Ihren ersten eigenen Schaltungsplan erstellt, und zwar mit dem Altium Designer. Klopfen Sie sich ruhig einmal auf die Schulter, denn dies war der erste Schritt auf dem Weg zu einem echten PCB-Profi! Speichern Sie das Design unter einem beliebigen Namen und bereiten Sie sich auf die nächsten Schritte im physischen PCB-Layout vor.
Dies war natürlich nur ein sehr banales Beispiel für die Fähigkeiten der Altium-Schaltplanerfassung, und es gibt noch eine Unmenge weiterer Online-Ressourcen für den Einsatz des Schaltplanerfassungs-Tools mit optimierter Effizienz, wie zum Beispiel:
- Altium-Schaltplandokumentation
- Schaltplanplatzierungs- und Bearbeitungstechniken
- Erstellen von Verbindungen
- Wiederverwendung von Designs mit verwalteten Schaltplanblättern
Wenn Sie Ihr Wissen weiter ausbauen wollen, empfehle ich Ihnen die hervorragenden Online-Ressourcen oder ein Gespräch mit einem Experten von Altium.
