Altium Designer 中嵌入式系统的数字输入采样

2021-07-06

Altium Designer 中嵌入式系统的数字输入采样

无论您是否知道，嵌入式系统在从消费電(diàn)子产品到军事和航空航天系统的许多(duō)重要应用(yòng)中提供广泛的功能(néng)方面发挥着重要作用(yòng)。这些系统必须经常收集模拟信号并将它们转换為(wèi)数字数据，然后在复杂的计算中使用(yòng)这些数据。為(wèi)了使它们按预期运行，这些系统中还包含许多(duō)其他(tā)功能(néng)。

当您可(kě)以访问直接与您的设计和仿真工具连接的综合组件库时，您可(kě)以轻松地设计具有(yǒu)所需功能(néng)的嵌入式系统。Altium Designer 将这些重要的设计元素统一到一个单一的软件平台中，使您能(néng)够為(wèi)任何应用(yòng)设计最新(xīn)最好的嵌入式系统。

统一的 PCB 设计包，具有(yǒu)设计军用(yòng)電(diàn)子系统的最佳工具。

这是新(xīn)设计师提出的一个问题：什么是嵌入式系统？尽管这听起来像是一些遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出 PCB 的复杂设计，但答(dá)案并不像您想象的那么复杂。实际上，嵌入式系统是将硬件和软件集成到单个系统中的任何系统。该系统可(kě)以放置在单个板上，也可(kě)以将功能(néng)分(fēn)布在多(duō)个板上。

嵌入式系统的广义定义包括计算机、移动设备、智能(néng)设备、物(wù)联网、飞机中的重要系统、工业系统和许多(duō)其他(tā)系统。随着越来越多(duō)的電(diàn)子产品变得移动、智能(néng)和互联，嵌入式系统设计将继续成為(wèi) PCB 设计人员中更重要的设计方法。

创建嵌入式系统需要将布局、原理(lǐ)图设计、广泛的组件管理(lǐ)和仿真功能(néng)集成到单个程序中的设计软件。当您使用(yòng) Altium Designer 时，您无需尝试将多(duō)个设计系统拼凑在一起来區(qū)分(fēn)这些功能(néng)，您可(kě)以让您的下一个嵌入式系统井井有(yǒu)条并提高您的工作效率。您将可(kě)以访问创建嵌入式系统并将其投入生产所需的重要设计功能(néng)。

嵌入式系统的数字输入采样

由于嵌入式系统必须使用(yòng)模拟信号和数字数据与各种其他(tā)组件连接，因此嵌入式系统的数字输入采样极為(wèi)重要。许多(duō)嵌入式系统需要使用(yòng)模数转换器 (ADC) 将模拟信号作為(wèi)输入。一些示例包括无線(xiàn)传感器网络和机電(diàn)系统。

大多(duō)数人都熟悉音频系统，其中数字音频文(wén)件被转换為(wèi)模拟信号并通过扬声器系统输出，反之亦然，音频信号被收集并存储在内存中。转换和存储这些数据需要选择具有(yǒu)正确采样率的 ADC。目标是收集足够的音频信号样本，以便能(néng)够从数字数据正确重建信号。

选择正确的采样率

為(wèi)模拟信号选择正确的采样率就是為(wèi)了防止混叠。当 ADC 以过慢的速率进行采样，并且重建信号的频率似乎低于原始采样信号的频率时，就会发生这种情况。显然，没有(yǒu)模拟样本可(kě)以连续采样，因此设计人员需要选择合适的采样频率，以便使用(yòng) ADC 转换為(wèi)数字数据。

事实证明，采样系统可(kě)以采样的最高模拟频率，称為(wèi)奈奎斯特频率，是采样率值的一半。换句话说，ADC 需要為(wèi)模拟信号的每个振荡创建至少两个样本。这就是為(wèi)什么数字音频系统以 44.1 kHz（或更高保真系统的 48 kHz）采样的原因；人类听觉的自然范围以 20 kHz 结束，因此无需以遠(yuǎn)高于 40 kHz 的速率进行采样。使用(yòng) 44.1 kHz 作為(wèi)采样率允许 ADC 以刚好超出人类听觉范围的采样率进行采样。

当您的 PCB 设计软件提供了一个统一的数据模型，将广泛的组件与您的布局仿真工具集成在一起时，您可(kě)以轻松地选择、放置和仿真您的嵌入式系统所需的 ADC 和数据处理(lǐ)组件。在选择 ADC 时，请确保您了解需要采样的模拟信号的频率。

如果您尚未将此功能(néng)添加到您的嵌入式系统中，Altium 在这里提供指导方针，帮助您将这一重要功能(néng)整合到您的嵌入式系统中。

当您使用(yòng)分(fēn)层原理(lǐ)图和多(duō)通道设计工具时，保持嵌入式系统井井有(yǒu)条是最容易的。随着您的设计变得越来越复杂，您的 PCB 设计软件应该可(kě)以帮助您保持井井有(yǒu)条，同时提高您的生产力。

您可(kě)能(néng)正在考虑為(wèi)您的下一个设备使用(yòng) PLC 而不是嵌入式系统。

Altium Designer 将您的设计工具统一到一个现代的、可(kě)定制的界面中

数字输入采样在嵌入式系统中的应用(yòng)

数字输入采样用(yòng)于嵌入式系统的多(duō)种应用(yòng)，包括汽車(chē)、工业、航空航天和军事系统。这些领域中的许多(duō)系统都与各种设备接口，用(yòng)于监控主要工业设备、汽車(chē)或飞机的健康状况，仅举几个例子。在電(diàn)力電(diàn)子领域，嵌入式系统通常用(yòng)于从多(duō)个模拟传感器收集数据，以监控電(diàn)源完整性和输出電(diàn)平。还有(yǒu)许多(duō)其他(tā)收集模拟信号的嵌入式系统示例。

一旦这些系统收集到模拟信号，这些信号就会被转换成数字数据并在一个更大的数字系统中进行处理(lǐ)。这意味着这些设备本质上是混合信号设备，混合信号系统的重要设计规则适用(yòng)于这些设备。您的 PCB 设计软件应帮助您构建嵌入式系统，以满足确保信号完整性的重要设计规则。

当您拥有(yǒu)使用(yòng)分(fēn)层设计和多(duō)板设计工具的设计软件时，将任何 PCB 设计為(wèi)混合信号设备会容易得多(duō)。这允许您将嵌入式系统的不同部分(fēn)分(fēn)成功能(néng)块。这允许您将模拟信号数据采集与嵌入式系统的数字输入采样和处理(lǐ)部分(fēn)分(fēn)开，从而帮助您确保信号完整性。

仿真嵌入式系统中的信号完整性

数据处理(lǐ)能(néng)力在嵌入式系统中至关重要，您需要包括具有(yǒu)正确采样率的 ADC，以从系统的其他(tā)部分(fēn)收集数据。随着嵌入式系统中的数据处理(lǐ)速率和要求不断增加，尤其是在尖端应用(yòng)中。处理(lǐ)大量数据的嵌入式系统，例如具有(yǒu)人工智能(néng)功能(néng)的物(wù)联网系统，正在突破嵌入式系统的极限，需要更强大的计算能(néng)力。

嵌入式系统的设计软件需要包含可(kě)帮助您确保整个嵌入式系统的信号完整性的功能(néng)。设计控制机電(diàn)系统、模数转换器、包括无線(xiàn)通信功能(néng)和其他(tā)应用(yòng)的嵌入式系统需要复杂的混合信号设计工具。您还需要访问包含大量处理(lǐ)器、ADC 和其他(tā)组件选项的组件库。

将硬件和软件功能(néng)结合到单个嵌入式平台中并不困难。Altium Designer 在这里向您展示这种设计方法的精髓，并帮助您成功设计。

数字数据的实时嵌入式处理(lǐ)不可(kě)避免地需要您的嵌入式系统包含足够的内存。

嵌入式系统需要标准或定制的通信协议，以允许系统中的不同块交换数据。

在 Altium Designer 中使用(yòng) ECAD/MCAD 协作进行多(duō)板设计

在您的 PCB 设计软件中设计嵌入式系统

希望到现在為(wèi)止，您已经看到嵌入式系统实际上只是简单 PCB 的扩展，尽管具有(yǒu)更高的功能(néng)和能(néng)力要求。嵌入式系统执行许多(duō)简单的 PCB 根本无法完成的任務(wù)，尤其是考虑到许多(duō)嵌入式系统中包含的模拟信号数据采集和处理(lǐ)功能(néng)时。

考虑到这一点，您的设计软件应该包括在嵌入式系统中放置所需功能(néng)所需的所有(yǒu)设计功能(néng)，并且所有(yǒu)功能(néng)都在一个设计平台中。使用(yòng)正确的 PCB 设计软件，您可(kě)以使用(yòng)分(fēn)层设计轻松地将功能(néng)块连接到一个完整的结构中，并将您的设计捕获為(wèi)实际的单板或多(duō)板布局。借助最佳的规则驱动设计界面，您可(kě)以将应用(yòng)的重要要求和标准定义為(wèi)设计软件中的设计规则。

Altium Designer：唯一的统一 PCB 设计平台

保持在嵌入式系统设计的最前沿，可(kě)以使用(yòng)最好的设计技术。在统一的设计环境中工作可(kě)确保您的设计功能(néng)使用(yòng)单一语言进行交流。您的设计将在您工作时根据您的设计规则进行验证，您将能(néng)够在嵌入式系统中仿真重要功能(néng)和信号完整性。

使用(yòng)统一的设计软件可(kě)以确保在一个程序中轻松访问所有(yǒu)设计工具，而不是使用(yòng)强制您在多(duō)个程序之间切换的其他(tā)设计平台。只有(yǒu) Altium Designer 為(wèi)您提供这些功能(néng)，让您可(kě)以设计具有(yǒu)混合信号、高速甚至高频功能(néng)的嵌入式系统。您设计嵌入式系统所需的一切都包含在 Altium Designer 中。

使用(yòng) Altium Designer，您可(kě)以在一个程序中访问所有(yǒu)设计功能(néng)。当您使用(yòng) Altium Designer 时，您将永遠(yuǎn)不必再次切换到单独的设计工具。

用(yòng)于实时嵌入式数据处理(lǐ)的现代系统必须高速运行，并且需要市场上最好的高速设计工具。

如果您的嵌入式系统是多(duō)板系统，您将需要合适的 3D 设计工具，将 MCAD 和 ECAD 功能(néng)统一到一个程序中。这允许您验证嵌入式系统的電(diàn)气和机械功能(néng)。

设计任何嵌入式系统都是一项艰巨的任務(wù)，需要您能(néng)找到的最佳设计、仿真、验证和生产规划工具。其他(tā) PCB 设计软件平台将这些工具拆分(fēn)為(wèi)不同的程序，迫使您使用(yòng)过时的工作流程来完成即使是最简单的设计任務(wù)。与其被新(xīn)版本的过时软件困住，不如尝试使用(yòng) Altium Designer。只有(yǒu) Altium Designer 在单个程序中包含您进行嵌入式系统设计所需的所有(yǒu)工具。您只需要學(xué)习在规则驱动的设计环境中使用(yòng)一个强大的界面。

Altium Designer 是唯一一个将最佳嵌入式系统设计功能(néng)集成到单个平台中的 PCB 设计平台。Altium 还為(wèi)您提供成功所需的工具。您可(kě)以即时访问 AltiumLive 论坛、播客和网络研讨会，了解行业专家、设计教程和广泛的知识库。没有(yǒu)其他(tā) PCB 设计软件公司為(wèi)您提供如此多(duō)的成功资源。

当您选择 Altium Designer 时，您将始终可(kě)以访问成功设计嵌入式平台所需的资源。不要满足于其他(tā)会降低您的工作效率并使基本设计任務(wù)变得困难的设计平台。当您使用(yòng) Altium Designer 时，您可(kě)以在单一平台内处于嵌入式系统设计的最前沿。