Altium Designer 中嵌入式系統的數字輸入采樣

2021-07-06

Altium Designer 中嵌入式系統的數字輸入采樣

無(wú)論您是否知道，嵌入式系統在從消費電子產(chǎn)品到軍事和航空航天系統的許多重要應用中提供廣泛的功能方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。這些系統必須經(jīng)常收集模擬信號并將它們轉換為數字數據，然后在復雜的計算中使用這些數據。為了使它們按預期運行，這些系統中還包含許多其他功能。

當您可以訪(fǎng)問(wèn)直接與您的設計和仿真工具連接的綜合組件庫時(shí)，您可以輕松地設計具有所需功能的嵌入式系統。Altium Designer 將這些重要的設計元素統一到一個(gè)單一的軟件平臺中，使您能夠為任何應用設計最新最好的嵌入式系統。

統一的 PCB 設計包，具有設計軍用電子系統的最佳工具。

這是新設計師提出的一個(gè)問(wèn)題：什么是嵌入式系統？盡管這聽(tīng)起來(lái)像是一些遠遠超出 PCB 的復雜設計，但答案并不像您想象的那么復雜。實(shí)際上，嵌入式系統是將硬件和軟件集成到單個(gè)系統中的任何系統。該系統可以放置在單個(gè)板上，也可以將功能分布在多個(gè)板上。

嵌入式系統的廣義定義包括計算機、移動(dòng)設備、智能設備、物聯(lián)網(wǎng)、飛機中的重要系統、工業(yè)系統和許多其他系統。隨著(zhù)越來(lái)越多的電子產(chǎn)品變得移動(dòng)、智能和互聯(lián)，嵌入式系統設計將繼續成為 PCB 設計人員中更重要的設計方法。

創(chuàng )建嵌入式系統需要將布局、原理圖設計、廣泛的組件管理和仿真功能集成到單個(gè)程序中的設計軟件。當您使用 Altium Designer 時(shí)，您無(wú)需嘗試將多個(gè)設計系統拼湊在一起來(lái)區分這些功能，您可以讓您的下一個(gè)嵌入式系統井井有條并提高您的工作效率。您將可以訪(fǎng)問(wèn)創(chuàng )建嵌入式系統并將其投入生產(chǎn)所需的重要設計功能。

嵌入式系統的數字輸入采樣

由于嵌入式系統必須使用模擬信號和數字數據與各種其他組件連接，因此嵌入式系統的數字輸入采樣極為重要。許多嵌入式系統需要使用模數轉換器 (ADC) 將模擬信號作為輸入。一些示例包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和機電系統。

大多數人都熟悉音頻系統，其中數字音頻文件被轉換為模擬信號并通過(guò)揚聲器系統輸出，反之亦然，音頻信號被收集并存儲在內存中。轉換和存儲這些數據需要選擇具有正確采樣率的 ADC。目標是收集足夠的音頻信號樣本，以便能夠從數字數據正確重建信號。

選擇正確的采樣率

為模擬信號選擇正確的采樣率就是為了防止混疊。當 ADC 以過(guò)慢的速率進(jìn)行采樣，并且重建信號的頻率似乎低于原始采樣信號的頻率時(shí)，就會(huì )發(fā)生這種情況。顯然，沒(méi)有模擬樣本可以連續采樣，因此設計人員需要選擇合適的采樣頻率，以便使用 ADC 轉換為數字數據。

事實(shí)證明，采樣系統可以采樣的最高模擬頻率，稱(chēng)為奈奎斯特頻率，是采樣率值的一半。換句話(huà)說(shuō)，ADC 需要為模擬信號的每個(gè)振蕩創(chuàng )建至少兩個(gè)樣本。這就是為什么數字音頻系統以 44.1 kHz（或更高保真系統的 48 kHz）采樣的原因；人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)的自然范圍以 20 kHz 結束，因此無(wú)需以遠高于 40 kHz 的速率進(jìn)行采樣。使用 44.1 kHz 作為采樣率允許 ADC 以剛好超出人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)范圍的采樣率進(jìn)行采樣。

當您的 PCB 設計軟件提供了一個(gè)統一的數據模型，將廣泛的組件與您的布局仿真工具集成在一起時(shí)，您可以輕松地選擇、放置和仿真您的嵌入式系統所需的 ADC 和數據處理組件。在選擇 ADC 時(shí)，請確保您了解需要采樣的模擬信號的頻率。

如果您尚未將此功能添加到您的嵌入式系統中，Altium 在這里提供指導方針，幫助您將這一重要功能整合到您的嵌入式系統中。

當您使用分層原理圖和多通道設計工具時(shí)，保持嵌入式系統井井有條是最容易的。隨著(zhù)您的設計變得越來(lái)越復雜，您的 PCB 設計軟件應該可以幫助您保持井井有條，同時(shí)提高您的生產(chǎn)力。

您可能正在考慮為您的下一個(gè)設備使用 PLC 而不是嵌入式系統。

Altium Designer 將您的設計工具統一到一個(gè)現代的、可定制的界面中

數字輸入采樣在嵌入式系統中的應用

數字輸入采樣用于嵌入式系統的多種應用，包括汽車(chē)、工業(yè)、航空航天和軍事系統。這些領(lǐng)域中的許多系統都與各種設備接口，用于監控主要工業(yè)設備、汽車(chē)或飛機的健康狀況，僅舉幾個(gè)例子。在電力電子領(lǐng)域，嵌入式系統通常用于從多個(gè)模擬傳感器收集數據，以監控電源完整性和輸出電平。還有許多其他收集模擬信號的嵌入式系統示例。

一旦這些系統收集到模擬信號，這些信號就會(huì )被轉換成數字數據并在一個(gè)更大的數字系統中進(jìn)行處理。這意味著(zhù)這些設備本質(zhì)上是混合信號設備，混合信號系統的重要設計規則適用于這些設備。您的 PCB 設計軟件應幫助您構建嵌入式系統，以滿(mǎn)足確保信號完整性的重要設計規則。

當您擁有使用分層設計和多板設計工具的設計軟件時(shí)，將任何 PCB 設計為混合信號設備會(huì )容易得多。這允許您將嵌入式系統的不同部分分成功能塊。這允許您將模擬信號數據采集與嵌入式系統的數字輸入采樣和處理部分分開(kāi)，從而幫助您確保信號完整性。

仿真嵌入式系統中的信號完整性

數據處理能力在嵌入式系統中至關(guān)重要，您需要包括具有正確采樣率的 ADC，以從系統的其他部分收集數據。隨著(zhù)嵌入式系統中的數據處理速率和要求不斷增加，尤其是在尖端應用中。處理大量數據的嵌入式系統，例如具有人工智能功能的物聯(lián)網(wǎng)系統，正在突破嵌入式系統的極限，需要更強大的計算能力。

嵌入式系統的設計軟件需要包含可幫助您確保整個(gè)嵌入式系統的信號完整性的功能。設計控制機電系統、模數轉換器、包括無(wú)線(xiàn)通信功能和其他應用的嵌入式系統需要復雜的混合信號設計工具。您還需要訪(fǎng)問(wèn)包含大量處理器、ADC 和其他組件選項的組件庫。

將硬件和軟件功能結合到單個(gè)嵌入式平臺中并不困難。Altium Designer 在這里向您展示這種設計方法的精髓，并幫助您成功設計。

數字數據的實(shí)時(shí)嵌入式處理不可避免地需要您的嵌入式系統包含足夠的內存。

嵌入式系統需要標準或定制的通信協(xié)議，以允許系統中的不同塊交換數據。

在 Altium Designer 中使用 ECAD/MCAD 協(xié)作進(jìn)行多板設計

在您的 PCB 設計軟件中設計嵌入式系統

希望到現在為止，您已經(jīng)看到嵌入式系統實(shí)際上只是簡(jiǎn)單 PCB 的擴展，盡管具有更高的功能和能力要求。嵌入式系統執行許多簡(jiǎn)單的 PCB 根本無(wú)法完成的任務(wù)，尤其是考慮到許多嵌入式系統中包含的模擬信號數據采集和處理功能時(shí)。

考慮到這一點(diǎn)，您的設計軟件應該包括在嵌入式系統中放置所需功能所需的所有設計功能，并且所有功能都在一個(gè)設計平臺中。使用正確的 PCB 設計軟件，您可以使用分層設計輕松地將功能塊連接到一個(gè)完整的結構中，并將您的設計捕獲為實(shí)際的單板或多板布局。借助最佳的規則驅動(dòng)設計界面，您可以將應用的重要要求和標準定義為設計軟件中的設計規則。

Altium Designer：唯一的統一 PCB 設計平臺

保持在嵌入式系統設計的最前沿，可以使用最好的設計技術(shù)。在統一的設計環(huán)境中工作可確保您的設計功能使用單一語(yǔ)言進(jìn)行交流。您的設計將在您工作時(shí)根據您的設計規則進(jìn)行驗證，您將能夠在嵌入式系統中仿真重要功能和信號完整性。

使用統一的設計軟件可以確保在一個(gè)程序中輕松訪(fǎng)問(wèn)所有設計工具，而不是使用強制您在多個(gè)程序之間切換的其他設計平臺。只有 Altium Designer 為您提供這些功能，讓您可以設計具有混合信號、高速甚至高頻功能的嵌入式系統。您設計嵌入式系統所需的一切都包含在 Altium Designer 中。

使用 Altium Designer，您可以在一個(gè)程序中訪(fǎng)問(wèn)所有設計功能。當您使用 Altium Designer 時(shí)，您將永遠不必再次切換到單獨的設計工具。

用于實(shí)時(shí)嵌入式數據處理的現代系統必須高速運行，并且需要市場(chǎng)上最好的高速設計工具。

如果您的嵌入式系統是多板系統，您將需要合適的 3D 設計工具，將 MCAD 和 ECAD 功能統一到一個(gè)程序中。這允許您驗證嵌入式系統的電氣和機械功能。

設計任何嵌入式系統都是一項艱巨的任務(wù)，需要您能找到的最佳設計、仿真、驗證和生產(chǎn)規劃工具。其他 PCB 設計軟件平臺將這些工具拆分為不同的程序，迫使您使用過(guò)時(shí)的工作流程來(lái)完成即使是最簡(jiǎn)單的設計任務(wù)。與其被新版本的過(guò)時(shí)軟件困住，不如嘗試使用 Altium Designer。只有 Altium Designer 在單個(gè)程序中包含您進(jìn)行嵌入式系統設計所需的所有工具。您只需要學(xué)習在規則驅動(dòng)的設計環(huán)境中使用一個(gè)強大的界面。

Altium Designer 是唯一一個(gè)將最佳嵌入式系統設計功能集成到單個(gè)平臺中的 PCB 設計平臺。Altium 還為您提供成功所需的工具。您可以即時(shí)訪(fǎng)問(wèn) AltiumLive 論壇、播客和網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )，了解行業(yè)專(zhuān)家、設計教程和廣泛的知識庫。沒(méi)有其他 PCB 設計軟件公司為您提供如此多的成功資源。

當您選擇 Altium Designer 時(shí)，您將始終可以訪(fǎng)問(wèn)成功設計嵌入式平臺所需的資源。不要滿(mǎn)足于其他會(huì )降低您的工作效率并使基本設計任務(wù)變得困難的設計平臺。當您使用 Altium Designer 時(shí)，您可以在單一平臺內處于嵌入式系統設計的最前沿。