原理圖是電路的邏輯和視覺(jué)表示。這是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。早些時(shí)候，設(shè)計(jì)人員過(guò)去常常在紙上繪制電路圖。現(xiàn)在，他們已經(jīng)開(kāi)始使用簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程的 PCB 設(shè)計(jì)工具（M-CAD 和 E-CAD）。建議設(shè)計(jì)人員遵循標(biāo)準(zhǔn)原理圖指南，以獲得結(jié)構(gòu)良好且無(wú)錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)。

如今，設(shè)計(jì)人員使用眾多 EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具，例如 LCEDA、Altium、Allegro、Pads、Kicad、Tinycad、Express PCB 等。這些設(shè)計(jì)工具確保原理圖電路沒(méi)有錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼈兂掷m(xù)監(jiān)控邏輯和連接錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)人員需要遵循標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)則以使電路具有機(jī)器可讀性。

原理圖的重要性是什么？

原理圖是PCB設(shè)計(jì)的重要方面之一。一個(gè)好的示意圖顯示了一個(gè)結(jié)構(gòu)良好的電路圖，清楚地描繪了各種電子元件之間的電氣連接。還應(yīng)該注意的是，技術(shù)上正確但擁擠的原理圖仍然是一個(gè)糟糕的原理圖，因?yàn)樗赡軙?huì)使設(shè)計(jì)人員感到困惑。原理圖可以成為非常有價(jià)值的故障排除工具，因?yàn)樗梢宰粉欕娐分械倪B接。

繪制PCB原理圖的指南

要實(shí)現(xiàn)成功的設(shè)計(jì)，請(qǐng)遵循這些標(biāo)準(zhǔn)原理圖指南。

頁(yè)面大小選擇

大多數(shù)設(shè)計(jì)工具提供不同的頁(yè)面大小。通常，這些工具會(huì)選擇 A4 的頁(yè)面大小。但是，應(yīng)該注意，也可以使用各種其他頁(yè)面大小。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)其電路設(shè)計(jì)的大小來(lái)選擇大小。

頁(yè)面命名約定

原理圖的邏輯塊應(yīng)按頁(yè)面分隔。頁(yè)面可以使用字母 A、B、C 等命名。通過(guò)這樣做，我們可以按字母順序放置頁(yè)面。這種命名約定的示例如下所示。

A_框圖

B_電源

C_單片機(jī)接口

D_內(nèi)存接口

E_ 修訂歷史

大多數(shù)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常忽略框圖和修訂歷史以節(jié)省時(shí)間。但是，它們對(duì)其他試圖理解原理圖的設(shè)計(jì)人員非常有幫助。大多數(shù)基于產(chǎn)品的組織都強(qiáng)制要求所有此類(lèi)協(xié)議和法規(guī)。

網(wǎng)格設(shè)置

雖然這不是設(shè)計(jì)師的直接要求，但該工具需要有一些參考。因此遵循網(wǎng)格系統(tǒng)。擁有網(wǎng)格有助于設(shè)計(jì)人員正確參考零件并進(jìn)行連接。電路元件和連接必須始終在網(wǎng)格上，這有助于在分析期間探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

頁(yè)面標(biāo)題欄

頁(yè)面標(biāo)題塊出現(xiàn)在原理圖頁(yè)面的頁(yè)腳中。最好填寫(xiě)所有必需的詳細(xì)信息，例如頁(yè)面大小、更新日期、修訂、文檔編號(hào)、電路的名稱(chēng)/功能和公司免責(zé)聲明。標(biāo)題欄的示例如下所示。

原理圖中的頁(yè)面標(biāo)題欄

注釋/評(píng)論

設(shè)計(jì)人員需要編寫(xiě)有關(guān)電路的必要注釋。注釋可以寫(xiě)在獨(dú)立文檔或原理圖頁(yè)面上。通常，對(duì)于復(fù)雜的設(shè)計(jì)，注釋會(huì)在單獨(dú)的頁(yè)面上提供。注釋示例可能是跳線(xiàn)狀態(tài)、PCB 布局約束/指南等。下面可以看到帶有注釋的原理圖。

帶有注釋的原理圖

修訂記錄

修訂歷史記錄包含對(duì)設(shè)計(jì)所做的更改。本文檔提供的信息包括所做更改的日期和描述、作者和審閱者的姓名以及審閱意見(jiàn)（如果有）。修訂歷史通常放在原理圖的第一頁(yè)或最后一頁(yè)。原理圖修訂歷史示例如下所示。

原理圖文檔目錄

目錄列出了原理圖文檔中的主題。擁有此頁(yè)面可幫助設(shè)計(jì)人員在復(fù)雜且大型的設(shè)計(jì)中輕松找到特定模塊。如果設(shè)計(jì)小而簡(jiǎn)單，則可以跳過(guò)此步驟。下面給出了一個(gè) ToC 的示例。

原理圖文件的目錄

框圖

框圖代表了設(shè)計(jì)和信號(hào)流中的不同模塊。這極大地幫助審閱者理解設(shè)計(jì)以進(jìn)行審閱。下面可以看到示意框圖的示例。 原理圖框圖 高速 PCB 設(shè)計(jì)指南8 章 - 115 頁(yè) - 150 分鐘閱讀里面有什么：信號(hào)完整性問(wèn)題的說(shuō)明了解傳輸線(xiàn)和受控阻抗高速PCB材料的選擇流程高速布局指南現(xiàn)在就下載

分層原理圖設(shè)計(jì)

如果設(shè)計(jì)復(fù)雜且包含許多模塊，則最好采用分層設(shè)計(jì)。分層示意圖清楚地顯示了從一個(gè)模塊到另一個(gè)模塊的信號(hào)流，如下所示。通過(guò)單擊分層示意圖中的相應(yīng)模塊，可以訪問(wèn)每個(gè)模塊的詳細(xì)視圖。 分層原理圖設(shè)計(jì)

組件引用

下表顯示了常用電子元件的名稱(chēng)，以及它們?cè)谌魏卧韴D中使用的相應(yīng)參考代號(hào)。代號(hào)是根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)分配的。建議使用其標(biāo)準(zhǔn)參考代號(hào)來(lái)命名組件。此外，始終使用大寫(xiě)字母來(lái)指定原理圖符號(hào)。

符號(hào)生成

原理圖由不同類(lèi)型的元件組成，例如有源元件、無(wú)源元件和連接器。有源元件包括晶體管、二極管、邏輯門(mén)、處理器IC、FPGA、運(yùn)算放大器等。電容器、電感器和變壓器等組件被稱(chēng)為無(wú)源器件。除非該組件的符號(hào)不在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，否則不建議創(chuàng)建新符號(hào)。 要了解更多信息，請(qǐng)查看如何在 KiCad 中創(chuàng)建原理圖和符號(hào)庫(kù)。

電阻器

電阻器可以用兩種不同的方式表示，如下所示。設(shè)計(jì)師應(yīng)注意保持所使用符號(hào)的一致性。 電阻符號(hào) 電阻的單位是歐姆，用符號(hào)“Ω”表示。有時(shí)，符號(hào)“Ω”可以替換為字母“E”。設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保在整個(gè)設(shè)計(jì)中遵循一致的單元表示。應(yīng)在設(shè)計(jì)工具中輸入有關(guān)組件的所有必需數(shù)據(jù)。這使得在設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)創(chuàng)建BOM（材料清單）變得更加容易。

有極性和無(wú)極性電容器

電容器有兩個(gè)端子，一正一負(fù)。應(yīng)注意標(biāo)記這些端子的極性。電容器端子極性錯(cuò)誤可能導(dǎo)致爆炸。下圖顯示了來(lái)自 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的電容器符號(hào)。

有極性和無(wú)極性電容器 設(shè)計(jì)人員還應(yīng)確保分配給符號(hào)的引腳編號(hào)應(yīng)與封裝布局完全匹配。 另外，請(qǐng)閱讀由焊盤(pán)圖案引起的 PCB 制造缺陷。

晶體管

晶體管是一種三端半導(dǎo)體器件。端子是基極、集電極和發(fā)射極。在將封裝布局中的引腳映射到原理圖符號(hào)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)始終參考組件數(shù)據(jù)表。

帶引腳號(hào)的晶體管符號(hào) 創(chuàng)建符號(hào)時(shí)，輸入組件的描述很重要。這對(duì)于將來(lái)參考或零件已過(guò)時(shí)需要更換時(shí)非常有用。在 BOM 中包含這些詳細(xì)信息可以提高可讀性。下面的兩張圖片顯示了晶體管符號(hào)的完整描述字段。

晶體管的符號(hào)說(shuō)明

組件的符號(hào)描述（圖片來(lái)源：Altium）

運(yùn)算放大器

根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建運(yùn)算放大器的符號(hào)非常重要。許多設(shè)計(jì)人員經(jīng)常根據(jù)其方便性來(lái)繪制運(yùn)算放大器，這往往會(huì)失去可讀性。這可能是由于缺乏對(duì) CAD 原理圖工具的理解和經(jīng)驗(yàn)造成的。

運(yùn)算放大器符號(hào) 創(chuàng)建符號(hào)時(shí)，建議將所有輸入引腳放在左側(cè)，將所有輸出引腳放在右側(cè)。同樣，電源和接地引腳可以分別放置在頂部和底部。在所示圖像中，輸入引腳為 2 和 3，輸出引腳為 4，電源引腳和接地引腳分別為 7 和 4。 設(shè)計(jì)人員在翻轉(zhuǎn)或更改符號(hào)方向時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎。當(dāng)我們這樣做時(shí)，正極和負(fù)極端子很有可能會(huì)切換它們的位置。因此，應(yīng)注意將每個(gè)符號(hào)與制造商的數(shù)據(jù)表進(jìn)行交叉檢查。

異構(gòu)原理圖符號(hào)

FPGA、存儲(chǔ)器、微處理器等復(fù)雜器件稱(chēng)為異構(gòu)元件。這些組件具有大量不同類(lèi)型的引腳，例如數(shù)據(jù)線(xiàn)、輸入/輸出、地址線(xiàn)、控制線(xiàn)和電源線(xiàn)。為了保持清晰和可讀性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該創(chuàng)建單個(gè)封裝的多個(gè)組件，例如 UxA、UxB、UxC 和 UxD。下面給出了組件的這種異構(gòu)示意圖符號(hào)的示例。 組件的異構(gòu)示意圖符號(hào)

電源和接地符號(hào)

電源和接地引腳的符號(hào)如下所示。

電源和接地符號(hào) 用“+”號(hào)表示電壓總是一個(gè)好主意，因?yàn)榘迳峡赡艽嬖谪?fù)電壓。設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)和一致的約定來(lái)表示電壓電平及其在硅片內(nèi)的部分。例如，+3.3V_IO、+3.3V_DG、+3.3V_AN +1.8V_Core、+1.2V_LVCore、+2.5_Vref 等。 同樣，板上可能存在不同類(lèi)型的理由。符號(hào)如下所示。

不同類(lèi)型的地面符號(hào)

網(wǎng)絡(luò)連接

每當(dāng)您有兩根電線(xiàn)形成一個(gè)連接點(diǎn)并共享一個(gè)電氣連接時(shí)，該交叉點(diǎn)就需要有一個(gè)連接點(diǎn)。這是每個(gè)原理圖設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)做法。

原理圖設(shè)計(jì)中的網(wǎng)絡(luò)連接

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽約定

原理圖的目的是讓設(shè)計(jì)人員更容易理解您的電路。應(yīng)盡量減少不必要的網(wǎng)絡(luò)連接。在原理圖上繪制集成電路 (IC) 的符號(hào)時(shí)，通常會(huì)觀察到這種情況。 設(shè)計(jì)師沒(méi)有在各處繪制數(shù)十個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而是為特定引腳表示網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)，該引腳與另一個(gè)設(shè)備上的引腳相關(guān)聯(lián)。這些引腳將具有相同的名稱(chēng)。假定連接了具有相同名稱(chēng)的引腳。這提高了原理圖的可讀性。下圖顯示了一系列命名網(wǎng)絡(luò)。

離頁(yè)連接

凈標(biāo)簽指南

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在同一頁(yè)面上直接連接到另一個(gè) IC 時(shí)，不需要網(wǎng)絡(luò)命名。但是，如果要將網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)頁(yè)面上的 IC，那么您需要為其命名。 設(shè)計(jì)人員在命名網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以遵循以下簡(jiǎn)單規(guī)則：

信號(hào)名稱(chēng)應(yīng)始終以大寫(xiě)形式書(shū)寫(xiě)，并應(yīng)放置在網(wǎng)絡(luò)的正上方。

避免使用長(zhǎng)名稱(chēng)。優(yōu)選地，名稱(chēng)最多可以有4個(gè)字母。

使用上面的條描述有效的低或高信號(hào)。帶有上條的引腳被認(rèn)為是低電平有效引腳。

應(yīng)刪除開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)/連接。

離頁(yè)連接

為了提高可讀性，設(shè)計(jì)人員通常在原理圖中命名網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)要在同一頁(yè)面上連接信號(hào)時(shí)，這可以正常工作。如果需要將網(wǎng)絡(luò)連接到不同頁(yè)面上的引腳，則應(yīng)使用頁(yè)外連接器符號(hào)。

信號(hào)流表示

在原理圖頁(yè)面上，信號(hào)從頁(yè)面的左側(cè)流向右側(cè)。任何電源和接地連接都顯示在頁(yè)面的頂部或底部。建議設(shè)計(jì)人員牢記這一點(diǎn)并相應(yīng)地保留組件。

元件放置

原理圖中的元件放置是重要任務(wù)之一。這是因?yàn)椴季?a target="_blank">工程師將相應(yīng)地保留組件。電容器的并聯(lián)如左圖所示。正如我們所見(jiàn)，原理圖的可讀性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。 原理圖中的電容器并聯(lián) 為了提高可讀性，可以如下圖進(jìn)行連接。 示意圖中優(yōu)選的電容器并聯(lián)連接 另請(qǐng)閱讀如何在 KiCad 中放置組件。

水晶放置

原理圖中的晶體放置始終如下所示。連接到晶體的組件總是放置在它附近，因?yàn)樾盘?hào)可能是高頻的。 示意圖中的晶體放置

剛果民主共和國(guó)檢查

設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 (DRC)是 CAD 軟件提供的一項(xiàng)智能功能，用于檢查設(shè)計(jì)的邏輯和物理完整性。檢查是針對(duì)所有啟用的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行的，并且可以在您設(shè)計(jì)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行。

網(wǎng)表驗(yàn)證

當(dāng)原理圖設(shè)計(jì)完成并準(zhǔn)備好導(dǎo)入布局時(shí)，將生成網(wǎng)表。網(wǎng)表文件可以有兩種不同的擴(kuò)展名（.mnl 和 .txt）。.mnl 文件是機(jī)器可讀的。.txt 文件顯示組件引腳之間的所有連接/網(wǎng)絡(luò)。建議手動(dòng)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)以避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。 另請(qǐng)閱讀Gerber、ODB++ 和制造商所需的其他 PCB 設(shè)計(jì)文件。

物料清單 (BOM)

目前，CAD 工具提供了一個(gè)稱(chēng)為 BOM 創(chuàng)建的關(guān)鍵功能。只有設(shè)計(jì)人員在從庫(kù)中創(chuàng)建或?qū)虢M件時(shí)，在工具中提供了所有輸入，才能生成完整且足夠的 BOM。BOM 的輸入可以是 MPN（制造零件編號(hào)）、封裝、供應(yīng)商名稱(chēng)、供應(yīng)商零件編號(hào)等。建議在創(chuàng)建符號(hào)期間提供所有必需的信息。

原理圖清單

原理圖清單是原理圖創(chuàng)建中最常被忽略的一點(diǎn)。這更多地與組織的過(guò)程有關(guān)，它是根據(jù)過(guò)去的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的。有一個(gè)清單可以避免原理圖中的錯(cuò)誤并使設(shè)計(jì)更加健壯。以下是清單。

應(yīng)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)表相關(guān)的每個(gè)組件的引腳編號(hào)和標(biāo)簽。

應(yīng)對(duì)所有極化組件進(jìn)行極性檢查。

檢查重疊的標(biāo)簽和引腳編號(hào)。

使用數(shù)據(jù)表、原理圖符號(hào)和封裝封裝驗(yàn)證所有晶體管的基極、集電極和發(fā)射極引腳。

驗(yàn)證組件的值、參考標(biāo)志和位置。

確保存在原理圖符號(hào)說(shuō)明。（MPN、供應(yīng)商名稱(chēng)、供應(yīng)商部件號(hào)等）。

檢查頁(yè)外連接符。

尋找表間參考。

去耦電容檢查所有 IC，基于信號(hào)類(lèi)型（模擬、數(shù)字、信號(hào)、接地）的接地引腳分離。

BOM 檢查數(shù)量和零件編號(hào)。

當(dāng)設(shè)計(jì)人員在 CAD 工具中繪制電路時(shí)，應(yīng)注意原理圖設(shè)計(jì)是版圖設(shè)計(jì)人員的輸入。版圖設(shè)計(jì)者希望原理圖沒(méi)有錯(cuò)誤，以便版圖結(jié)構(gòu)良好且準(zhǔn)確。

審核編輯：湯梓紅