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电子产品到军事和航空航天系统的许多重要应用中提供广泛的功能方面发挥着重要作用。这些系统必须经常收集模拟信号并将它们转换为数字数据，然后在复杂的计算中使用这些数据。为了使它们按预期运行，这些系统中还包含许多其他功能。

当您可以访问直接与您的设计和仿真工具连接的综合组件库时，您可以轻松地设计具有所需功能的嵌入式系统。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，使您能够为任何应用设计最新最好的嵌入式系统。

统一的 PCB 设计包，具有设计军用电子系统的最佳工具。

这是新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远远超出 PCB 的复杂设计，但答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。该系统可以放置在单个板上，也可以将功能分布在多个板上。

嵌入式系统的广义定义包括计算机、移动设备、智能设备、物联网、飞机中的重要系统、工业系统和许多其他系统。随着越来越多的电子产品变得移动、智能和互联，嵌入式系统设计将继续成为 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、原理图设计、广泛的组件管理和仿真功能集成到单个程序中的设计软件。当您使用 Altium Designer 时，您无需尝试将多个设计系统拼凑在一起来区分这些功能，您可以让您的下一个嵌入式系统井井有条并提高您的工作效率。您将可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。

嵌入式系统的数字输入采样

由于嵌入式系统必须使用模拟信号和数字数据与各种其他组件连接，因此嵌入式系统的数字输入采样极为重要。许多嵌入式系统需要使用模数转换器 (ADC) 将模拟信号作为输入。一些示例包括无线传感器网络和机电系统。

大多数人都熟悉音频系统，其中数字音频文件被转换为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正确采样率的 ADC。目标是收集足够的音频信号样本，以便能够从数字数据正确重建信号。

选择正确的采样率

为模拟信号选择正确的采样率就是为了防止混叠。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，没有模拟样本可以连续采样，因此设计人员需要选择合适的采样频率，以便使用 ADC 转换为数字数据。

事实证明，采样系统可以采样的最高模拟频率，称为奈奎斯特频率，是采样率值的一半。换句话说，ADC 需要为模拟信号的每个振荡创建至少两个样本。这就是为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，因此无需以远高于 40 kHz 的速率进行采样。使用 44.1 kHz 作为采样率允许 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整合到您的嵌入式系统中。

当您使用分层原理图和多通道设计工具时，保持嵌入式系统井井有条是最容易的。随着您的设计变得越来越复杂，您的 PCB 设计软件应该可以帮助您保持井井有条，同时提高您的生产力。

您可能正在考虑为您的下一个设备使用 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、可定制的界面中

数字输入采样在嵌入式系统中的应用

数字输入采样用于嵌入式系统的多种应用，包括汽车、工业、航空航天和军事系统。这些领域中的许多系统都与各种设备接口，用于监控主要工业设备、汽车或飞机的健康状况，仅举几个例子。在电力电子领域，嵌入式系统通常用于从多个模拟传感器收集数据，以监控电源完整性和输出电平。还有许多其他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。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。

当您拥有使用分层设计和多板设计工具的设计软件时，将任何 PCB 设计为混合信号设备会容易得多。这允许您将嵌入式系统的不同部分分成功能块。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部分分开，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

数据处理能力在嵌入式系统中至关重要，您需要包括具有正确采样率的 ADC，以从系统的其他部分收集数据。随着嵌入式系统中的数据处理速率和要求不断增加，尤其是在尖端应用中。处理大量数据的嵌入式系统，例如具有人工智能功能的物联网系统，正在突破嵌入式系统的极限，需要更强大的计算能力。

嵌入式系统的设计软件需要包含可帮助您确保整个嵌入式系统的信号完整性的功能。设计控制机电系统、模数转换器、包括无线通信功能和其他应用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器、ADC 和其他组件选项的组件库。

将硬件和软件功能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不可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 ECAD/MCAD 协作进行多板设计

在您的 PCB 设计软件中设计嵌入式系统

希望到现在为止，您已经看到嵌入式系统实际上只是简单 PCB 的扩展，尽管具有更高的功能和能力要求。嵌入式系统执行许多简单的 PCB 根本无法完成的任务，尤其是考虑到许多嵌入式系统中包含的模拟信号数据采集和处理功能时。

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所需的所有设计功能，并且所有功能都在一个设计平台中。使用正确的 PCB 设计软件，您可以使用分层设计轻松地将功能块连接到一个完整的结构中，并将您的设计捕获为实际的单板或多板布局。借助最佳的规则驱动设计界面，您可以将应用的重要要求和标准定义为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，可以使用最好的设计技术。在统一的设计环境中工作可确保您的设计功能使用单一语言进行交流。您的设计将在您工作时根据您的设计规则进行验证，您将能够在嵌入式系统中仿真重要功能和信号完整性。

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

使用 Altium Designer，您可以在一个程序中访问所有设计功能。当您使用 Altium Designer 时，您将永远不必再次切换到单独的设计工具。

用于实时嵌入式数据处理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板系统，您将需要合适的 3D 设计工具，将 MCAD 和 ECAD 功能统一到一个程序中。这允许您验证嵌入式系统的电气和机械功能。

设计任何嵌入式系统都是一项艰巨的任务，需要您能找到的最佳设计、仿真、验证和生产规划工具。其他 PCB 设计软件平台将这些工具拆分为不同的程序，迫使您使用过时的工作流程来完成即使是最简单的设计任务。与其被新版本的过时软件困住，不如尝试使用 Altium Designer。只有 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工具。您只需要学习在规则驱动的设计环境中使用一个强大的界面。

Altium Designer 是唯一一个将最佳嵌入式系统设计功能集成到单个平台中的 PCB 设计平台。Altium 还为您提供成功所需的工具。您可以即时访问 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。没有其他 PCB 设计软件公司为您提供如此多的成功资源。

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