¡Aprenda sobre autobuses heterogéneos y homogéneos, paquetes especiales de CI y más!

Este artículo es una colección de temas especiales sobre la creación de diagramas esquemáticos. Los temas son los que llevo en mi cabeza durante años. Espero que les sean de utilidad.

Este artículo asume experiencia con la construcción de símbolos esquemáticos y la creación de esquemas básicos.

Piezas de gran cantidad de clavijas

Aquí está el símbolo de conteo de pines más alto que encontré en una búsqueda rápida de bibliotecas KiCAD. Para mí, esto es demasiado denso y totalmente poco práctico. ¡Debería haber una regla contra este tipo de cosas! Revisé un montón de mis esquemas y encontré que mi umbral es de alrededor de 100 pines. Más de 100 pines y siempre creé varias unidades por pieza.

Divido una parte de gran número de pines al dividir los pines en grupos funcionales. Por ejemplo, un FPGA tendrá una unidad para todos los pines de alimentación y tierra. Otra unidad tendrá todos los pines asociados con la configuración de la pieza. Luego, hay varias unidades para los pines de E / S.

Aquí hay una unidad para los pines de configuración de un FPGA.

Este símbolo se puede colocar en cualquier lugar del esquema que tenga sentido. En este caso, es con el IC de memoria de configuración y el conector JTAG utilizado para la programación y depuración. También en la hoja hay varias cosas varias que necesitaban un hogar.

Aquí está la unidad con los pines de alimentación y tierra.

No hay mucha estructura en los pines de alimentación. Hay dos tipos de pines de alimentación en dos grupos: alimentación interna en un grupo y alimentación de E / S en otro grupo. Otros dispositivos tienen estructuras de poder mucho más complejas y necesitarían más grupos. Esta unidad está en una hoja con reguladores de voltaje y circuitos de monitoreo de potencia.

Los pines de E / S se dividen en cuatro unidades. Aquí hay una unidad que muestra aproximadamente el 25% de las E / S.

Las piezas Altera (ahora Intel) a menudo tienen interconexiones internas con una estructura prominente de filas y columnas. En esta parte, la velocidad de E / S es más rápida para las E / S conectadas a las interconexiones de filas y más lenta para las E / S conectadas a las columnas. Como se trataba de un diseño de alta velocidad, necesitaba considerar qué señales estaban conectadas a filas o columnas, y creé un símbolo que me ayudó en la asignación del pin. Puede ver que esta unidad son todos pines de "fila". Además, las filas se agrupan aún más (FILA A, B, C, etc.). Esta disposición indica otras características de temporización dentro del dispositivo.

Considere agrupar las E / S en dispositivos programables para reflejar la funcionalidad de la pieza en un diseño particular. El trabajo adicional para los símbolos personalizados está bien conmigo si ayuda en el diseño y la comprensión del circuito.

Jerarquía

En general, los esquemas de más de una hoja se pueden organizar de dos maneras, planas o con jerarquía. Los esquemas planos usan conexiones directamente de hoja a hoja. Una señal generalmente sale del lado de una hoja y aparece en el lado de otra hoja. La jerarquía utiliza un "bloque jerárquico" en una hoja para representar otra hoja. Las conexiones a la hoja se realizan mediante la conexión al bloque. Puede haber múltiples bloques jerárquicos en una hoja. La organización de bloques y hojas puede parecerse mucho a un directorio de archivos en una computadora. Por lo general, hay una "hoja raíz" que se parece mucho a un directorio raíz.

La jerarquía se usa para dos propósitos principales. Primero, proporciona una estructura lógica dentro del esquema y una forma de navegar entre las hojas de una manera que sea consistente con las conexiones de señal. En segundo lugar, permite que los circuitos se dibujen una vez en una hoja pero se repitan varias veces mediante el uso de múltiples bloques jerárquicos que hacen referencia a la misma hoja.

Usar la jerarquía es una forma poderosa de organizar un diseño. Se necesita un poco de trabajo para sentirse cómodo con este tipo de estructura. Sin embargo, para mí, se ha vuelto esencial. Lo uso tanto que nunca tengo las conexiones directas de hoja a hoja utilizadas en un diseño plano. Una hoja siempre está conectada a través de un bloque jerárquico. El efecto sutil es la toma esquemática de la apariencia de un diagrama de bloques tridimensional. Me gusta la forma en que esto documenta el diseño y hace que sea rápido y fácil encontrar cosas.

Aquí está la hoja raíz de una placa de amplificador de alto voltaje de 20 canales. Por supuesto, no es posible ver detalles. Sin embargo, quizás pueda ver cómo se ven los bloques jerárquicos como un diagrama de bloques.

Proporciono notas para enumerar qué circuitos hay en cada bloque. Al hacer clic en un bloque, es fácil encontrar algo. No aquí, sino en otros diseños, incluí bloques en la hoja raíz sin conexiones de circuito, pero haciendo referencia a hojas con notas y diagramas. Usar bloques como este funciona como una tabla de contenido con enlaces.

Noto un bus I2C en el medio con tres señales: I2CSDA, I2CSCL e I2CINT. ¡Ojalá hubiera podido usar un "autobús heterogéneo", que es el siguiente tema! ¡Podría haber condensado tres líneas en una!

Autobuses homogéneos y heterogéneos

Todos los programas esquemáticos que conozco admiten la recopilación de múltiples redes con nombres similares en un "bus". El término originalmente vino de agrupar señales en un bus de datos o bus de direcciones. En el siguiente esquema, esta característica agrupa señales con el nombre "SHDN" seguido de números secuenciales. Esto se llama un autobús "homogéneo".

En el medio del esquema hay una interfaz SPI con cuatro señales: SS, SCK, SDI y SDO. Son un grupo funcional, y sería útil combinarlos y usar una línea y un nombre para todos ellos. Algunos programas esquemáticos permiten que las señales se agrupen en un bus "heterogéneo". No parece haber un nombre estandarizado para este tipo de autobús. Altium lo llama un "arnés de señal". OrCAD usa el término "NetGroup". En Eagle todos los autobuses son heterogéneos. KiCad está desarrollando esta función y la llama un "Bus de grupo".

Aquí hay un bus heterogéneo creado en Eagle para las cuatro redes en el esquema.

En mi opinión, un bus heterogéneo proporciona una estructura lógica al esquema y reduce el desorden.

Paquetes especiales de IC

Los diseñadores mecánicos se han vuelto bastante inteligentes para resolver problemas de empaque relacionados con factores de forma y gestión térmica cada vez más pequeños. Sin embargo, algunos de sus diseños provocan conexiones que deberían mostrarse en un esquema. Intento incluir en el esquema cualquier elemento del paquete que se conecte a una red. Por ejemplo, un orificio de montaje enchapado para una carcasa de conector o una pestaña térmica en una parte que se conecta a GND o energía debe estar en el esquema. Aquí hay dos ejemplos de paquetes con características que se conectan a la alimentación o GND.

La parte de la izquierda tiene una pestaña metálica que generalmente está soldada a un área de cobre en la parte superior del tablero para disipar el calor. La parte de la derecha tiene una "almohadilla expuesta" en la parte inferior que está soldada a un área de cobre. En ambos casos, la pestaña o la almohadilla a menudo están conectadas eléctricamente dentro del CI.

Este esquema muestra cómo manejé la almohadilla expuesta para un regulador de voltaje usando el paquete de la derecha.

Los pines 1 a 5 son los pines normales. Agregué el Pin 6 para representar la conexión eléctrica a la almohadilla expuesta y la conecté a GND. También incluí 6 vías térmicas que conducen el calor desde las áreas de cobre de arriba hacia abajo. Las vías se incluyen en el esquema porque hacen una conexión eléctrica. Aquí está el resultado:

Pregunta: ¿Cuándo una parte de 64 pines no es una parte de 64 pines?

Responder: Cuando se trata de un paquete "E64".

¡Al construir un símbolo para esta parte, inmediatamente verá que no hay clavijas de tierra en la parte! Un comentarista en un foro de Intel especuló que era una parte de vanguardia que usaba un efecto cuántico y que no se necesitaba conexión a tierra. Bueno, no del todo. El suelo es una almohadilla expuesta en la parte inferior de la pieza. Aquí está el dibujo de la parte inferior con la almohadilla en el medio.

Para lidiar con una parte como esta, simplemente agregue un Pin 65 al símbolo. Luego, conéctelo a GND en el esquema. ¡Asegúrese de agregar una nota en el esquema! La hoja de datos señala que la almohadilla es solo para conexión eléctrica y no tiene función térmica. ¡El diseñador de PCB necesitará saber eso!

Tema de bonificación

Los diagramas esquemáticos de "En los viejos tiempos" fueron dibujados a mano, la mayoría de las veces por un dibujante profesional. De vez en cuando, pueden tomarse un descanso y dibujar el esquema sobre algo que despertó su imaginación. Aquí hay un ejemplo de un esquema de Tektronix.

Imagen utilizada por cortesía de vintageTEK

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