Схемотехника: артерии электроники

  Человеческое тело — уникальное создание, состоящее из множества различных органов, представляющих единую систему для выполнение различных задач. Точно так же и в электронике, каждый компонент объединяется для формирования единой схемы, а затем используется в различных электронных устройствах, технологиях, существующих на рынке и не только. Каждое отдельно взятое электронное устройство выполняет свои задачи.
  Электронная схема состоит из различных электронных компонентов, таких как микросхемы, резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы, соединенные дорожками — проводниками, через которые протекает ток в цепи. Конструкция электронной схемы обычно разрабатывается на макете, который помогает конструктору модифицировать и усовершенствовать схему. Электронные схемы используются в вычислениях, передаче данных, усилении сигнала и многом другом.
  Соединения элементов могут осуществляться посредством проводов, однако в настоящее время чаще применяются печатные платы (PCB), когда на изолирующей основе создаются проводящие дорожки и контактные площадки, к которым припаиваются компоненты. Из базовых учений школ и колледжей мы знаем, что заряд течет от положительного источника тока, по всему контуру, и достигает отрицательного вывода, проходя полный цикл. До изобретения цифровых схем все отдельные
транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности были дискретными по своей природе. Если рассмотреть, например, плату от старого телевизора, то можно видеть огромное количество отдельно стоящих элементов, занимающих большую площадь PCB. Монтаж дискретных элементов методами пайки, сварки, приклеивания, накручивания снижает надежность электронного аппарата. Сегодня основной элементной базой современных электронных аппаратов являются интегрированные микросхемы (ИМС), дискретные элементы не конкурируют с ними, а дополняют их, выполняя те функции, которые не могут обеспечить их интегрированные аналоги.
Механизм схемотехники
  Проектирование схемы является первым шагом для любого проекта по разработке электроники, и требует создания принципиальной схемы. Схема определяет, как контакты электрических компонентов будут логически соединены вместе на печатной плате (PCB). Когда проектирование схемы завершено, инженеры могут использовать ее для выполнения моделирования или преобразования в программное обеспечение для проектирования печатных плат.
  Затем следует тестирование для обеспечения соответствия требованиям заказчика. Обычно происходит подписание и утверждение окончательных производственных чертежей, также могут быть услуги послепроектного сопровождения. Конструкция схемы, как правило, сложна, поскольку требует обширных знаний о каждом компоненте, который является частью схемы, а для достижения идеального дизайна требуется большая практика. Возможно, наиболее трудной частью проектирования является временная задержка между проектированием и изготовлением схемы, которая может составлять несколько недель или даже месяцев.
Симуляция в схемотехнике
  Моделирование — это процесс проектирования реальной системы для проведения экспериментов с моделью, цель которой — понимание поведения системы, либо оценка различных шагов для достижения работы системы в целом. Процесс симуляции сначала требует разработки модели; эта модель представляет функции выбранной физической системы. Любую форму напряжения или тока в цепи можно просмотреть с помощью процесса моделирования. Большинство программ моделирования выполняют другой анализ, такой как измерение постоянного тока, чувствительности, шума и искажения.
  Процесс моделирования также используется для тестирования схемы которая разработана, потому что если схема не будет работать должным образом, это может повлечь за собой большие затраты в дальнейшем. Моделирование — это процесс тестирования проекта путем применения входных данных к схеме и наблюдения за ее поведением. Выходные данные моделирования представляют собой набор сигналов, которые показывают, как схема ведет себя при определенной последовательности входных сигналов.
  Обычно моделирование бывает двух типов: функциональное и моделирование синхронизации. Функциональное моделирование проверяет логическую работу схемы без объяснения задержек в схеме, в то время как моделирование синхронизации более углубленное, чем функциональное моделирование. В этом процессе моделирования логические компоненты проверяются на
реакцию входных сигналов, на ее выполнение требуется больше времени. Моделирование дает правильное представление о реализации кода и схемы на аппаратном уровне, что постепенно упрощает настройку модели системы. Процесс моделирования безопасен в обращении и сокращает время на создание оборудования и тестирование ошибок непосредственно на оборудовании. Новые аппаратные устройства моделирования, могут выполнять тестирование без выделения ресурсов.
  Схема является сложным процессом, который носит систематический характер и выполняется в определенной последовательности. Как только процесс спецификации завершен, выполняется проектирование прототипа. Конструкция электронных схем часто является гонкой со временем, превращая прототипы в развертываемые производственные единицы.
Программное обеспечение для схемотехники
  Проектирование схем требует определенных программ. Следующий список программного обеспечения даст исчерпывающую информацию о конструкции схемы:
Autodesk Eagle
Eagle, пожалуй, одна из самых известных программ для разработки схем и печатных плат. Autodesk EAGLE содержит редактор схем для проектирования принципиальных схем и редактор макетов печатных плат для проектирования печатных плат. Она обеспечивает размещение компонентов, маршрутизацию на печатных платах, обширный библиотечный контент, процветающее сообщество и многое другое. Она включает в себя 2 схематических листа, 2 сигнальных слоя и 2 области платы.
KiCAD
KiCAD — это кроссплатформенный и автоматизированный пакет проектирования с открытым исходным кодом. Он включает в себя редактор схем для создания и редактирования, редактор печатных плат для создания профессиональных макетов печатных плат с количеством медных слоев до 32 и средством трехмерного просмотра, которое можно использовать для проверки дизайна в трехмерной форме.
Fritzing
Fritzing — это платформа с открытым исходным кодом для изучения электроники. Она включает макет, схему и вид на печатную плату для разработки макета печатной платы. С богатым интерфейсом и растущим сообществом, фриттинг — хороший выбор среди любителей.
DesignSpark PCB
DesignSpark PCB имеет удобную для изучения простую среду, инструмент для захвата схем и компоновки печатных плат, а также превосходный захват схем, редактор печатных плат для создания неограниченного количества слоев печатных плат, создание деталей и библиотек, 3D-виды и многие другие функции.
EasyEDA
EasyEDA предоставляет мощный захват схемы, редактор печатных плат, конструктор библиотек, инструмент управления проектами и сотрудниками коллектива. Он также имеет интеграцию с каталогом компонентов для предоставления в реальном времени запасов и информации о ценах на используемые компоненты. EasyEDA работает в режиме онлайн, а также на компьютере.
UpVerter
Upverter — это EDA на основе веб-интерфейса, позволяющая инженерам-проектировщикам совместно использовать и просматривать схемы и печатные платы.
PCBWeb Designer
PCBWeb — это бесплатное приложение САПР для проектирования и производства электроники. Оно имеет схематический снимок для многостраничного дизайна, многослойную поддержку макета печатной платы и интегрированный каталог деталей.
ExpressPCB Plus
ExpressPCB Plus — это программное обеспечение EDA для создания и проектирования. Оно включает в себя ExpressSCH classic для рисования схем и ExpressPCB Plus для компоновки печатных плат. ExpressPCB Plus предоставляет возможность увидеть мгновенные котировки для платы PCB и даже заказать плату для изготовления внутри самой программы.
TinyCAD
TinyCAD — это простая и базовая схема электронных схем и конструктор печатных плат. Это проект с открытым исходным кодом. Он поддерживает стандартные и пользовательские библиотеки символов. Он поддерживает программы компоновки печатных плат с несколькими форматами списка соединений, а также может создавать списки моделирования.
Osmond PCB
Osmond PCB — единственный инструмент EDA на основе MAC. Он поддерживает схематический захват и дизайн макета печатной платы. Программное обеспечение предоставляет множество функций, таких как неограниченные размеры плат, несколько слоев плат, и может использоваться для проектирования плат до 700 контактов.

Вывод
  Каждый блок электроники состоит из определенной последовательности шагов и компонентов. Схемы, будучи одним из важнейших компонентов электроники, имеют свою актуальность. Базовая структура электроники, основанная на схемах, влияет на скорость и точность настройки электронных механизмов. Электронные схемы имеют решающее значение для производительности любой реальной системы. Физический мир вокруг нас является аналоговым, поскольку большинство сигналов, радиоволн, звука, речи и т.д. непрерывны во времени и значении. Большая часть происходит в цифровой области высокоскоростными процессорами. Преобразование реальных сигналов, таких как аудио, в цифровые биты все еще должно происходить по аналоговым схемам, что повышает актуальность эффективного проектирования схем.


(Источник: eletimes.com)