原理圖是電路的邏輯和視覺表示。這是電子產品設計的第一步。早些時候，設計人員過去常常在紙上繪制電路圖。現在，他們已經開始使用簡化了設計流程的 PCB 設計工具（M-CAD 和 E-CAD）。建議設計人員遵循標準原理圖指南，以獲得結構良好且無錯誤的設計。

如今，設計人員使用眾多 EDA（電子設計自動化）工具，例如 LCEDA、Altium、Allegro、Pads、Kicad、Tinycad、Express PCB 等。這些設計工具確保原理圖電路沒有錯誤，因為它們持續監控邏輯和連接錯誤。設計人員需要遵循標準設計規則以使電路具有機器可讀性。

原理圖的重要性是什么？

原理圖是PCB設計的重要方面之一。一個好的示意圖顯示了一個結構良好的電路圖，清楚地描繪了各種電子元件之間的電氣連接。還應該注意的是，技術上正確但擁擠的原理圖仍然是一個糟糕的原理圖，因為它可能會使設計人員感到困惑。原理圖可以成為非常有價值的故障排除工具，因為它可以追蹤電路中的連接。

繪制PCB原理圖的指南

要實現成功的設計，請遵循這些標準原理圖指南。

頁面大小選擇

大多數設計工具提供不同的頁面大小。通常，這些工具會選擇 A4 的頁面大小。但是，應該注意，也可以使用各種其他頁面大小。設計人員應根據其電路設計的大小來選擇大小。

頁面命名約定

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

A_框圖

B_電源

C_單片機接口

D_內存接口

E_ 修訂歷史

大多數設計人員經常忽略框圖和修訂歷史以節省時間。但是，它們對其他試圖理解原理圖的設計人員非常有幫助。大多數基于產品的組織都強制要求所有此類協議和法規。

網格設置

雖然這不是設計師的直接要求，但該工具需要有一些參考。因此遵循網格系統。擁有網格有助于設計人員正確參考零件并進行連接。電路元件和連接必須始終在網格上，這有助于在分析期間探測網絡。

頁面標題欄

頁面標題塊出現在原理圖頁面的頁腳中。最好填寫所有必需的詳細信息，例如頁面大小、更新日期、修訂、文檔編號、電路的名稱/功能和公司免責聲明。標題欄的示例如下所示。

原理圖中的頁面標題欄

注釋/評論

設計人員需要編寫有關電路的必要注釋。注釋可以寫在獨立文檔或原理圖頁面上。通常，對于復雜的設計，注釋會在單獨的頁面上提供。注釋示例可能是跳線狀態、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設計所做的更改。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（如果有）。修訂歷史通常放在原理圖的第一頁或最后一頁。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。擁有此頁面可幫助設計人員在復雜且大型的設計中輕松找到特定模塊。如果設計小而簡單，則可以跳過此步驟。下面給出了一個 ToC 的示例。

原理圖文件的目錄

框圖

框圖代表了設計和信號流中的不同模塊。這極大地幫助審閱者理解設計以進行審閱。下面可以看到示意框圖的示例。 原理圖框圖 高速 PCB 設計指南8 章 - 115 頁 - 150 分鐘閱讀里面有什么：信號完整性問題的說明了解傳輸線和受控阻抗高速PCB材料的選擇流程高速布局指南現在就下載

分層原理圖設計

如果設計復雜且包含許多模塊，則最好采用分層設計。分層示意圖清楚地顯示了從一個模塊到另一個模塊的信號流，如下所示。通過單擊分層示意圖中的相應模塊，可以訪問每個模塊的詳細視圖。 分層原理圖設計

組件引用

下表顯示了常用電子元件的名稱，以及它們在任何原理圖中使用的相應參考代號。代號是根據 IEEE 標準分配的。建議使用其標準參考代號來命名組件。此外，始終使用大寫字母來指定原理圖符號。

制造商	材料名稱	放氣數據
		總質量損失 %（最大 1%）	收集的揮發物 % （最大 0.1%）
羅杰斯公司	RT/duroid 5870	0.02	<0.01
羅杰斯公司	RT/duroid 5880	0.01	<0.01
羅杰斯公司	RT/duroid 5880LZ	0.01	0.01
羅杰斯公司	RT/duroid 6002	0.03	<0.01
羅杰斯公司	RT/duroid 6006	0.01	<0.01
內爾科	N4000-6 / 6FC	0.27	0.06
內爾科	N4000-7	0.28	0
內爾科	N4000-13 / 13SI	0.37	0.01
內爾科	N4000-13EP/EPSI	0.14	0.01
內爾科	N4000-29	0.10	0.01

符號生成

原理圖由不同類型的元件組成，例如有源元件、無源元件和連接器。有源元件包括晶體管、二極管、邏輯門、處理器IC、FPGA、運算放大器等。電容器、電感器和變壓器等組件被稱為無源器件。除非該組件的符號不在標準庫中，否則不建議創建新符號。 要了解更多信息，請查看如何在 KiCad 中創建原理圖和符號庫。

電阻器

電阻器可以用兩種不同的方式表示，如下所示。設計師應注意保持所使用符號的一致性。 電阻符號 電阻的單位是歐姆，用符號“Ω”表示。有時，符號“Ω”可以替換為字母“E”。設計人員應確保在整個設計中遵循一致的單元表示。應在設計工具中輸入有關組件的所有必需數據。這使得在設計結束時創建BOM（材料清單）變得更加容易。

有極性和無極性電容器

電容器有兩個端子，一正一負。應注意標記這些端子的極性。電容器端子極性錯誤可能導致爆炸。下圖顯示了來自 IEEE 標準的電容器符號。

有極性和無極性電容器 設計人員還應確保分配給符號的引腳編號應與封裝布局完全匹配。 另外，請閱讀由焊盤圖案引起的 PCB 制造缺陷。

晶體管

晶體管是一種三端半導體器件。端子是基極、集電極和發射極。在將封裝布局中的引腳映射到原理圖符號時，設計人員應始終參考組件數據表。

帶引腳號的晶體管符號 創建符號時，輸入組件的描述很重要。這對于將來參考或零件已過時需要更換時非常有用。在 BOM 中包含這些詳細信息可以提高可讀性。下面的兩張圖片顯示了晶體管符號的完整描述字段。

晶體管的符號說明

組件的符號描述（圖片來源：Altium）

運算放大器

根據 IEEE 標準創建運算放大器的符號非常重要。許多設計人員經常根據其方便性來繪制運算放大器，這往往會失去可讀性。這可能是由于缺乏對 CAD 原理圖工具的理解和經驗造成的。

運算放大器符號 創建符號時，建議將所有輸入引腳放在左側，將所有輸出引腳放在右側。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。 設計人員在翻轉或更改符號方向時應小心謹慎。當我們這樣做時，正極和負極端子很有可能會切換它們的位置。因此，應注意將每個符號與制造商的數據表進行交叉檢查。

異構原理圖符號

FPGA、存儲器、微處理器等復雜器件稱為異構元件。這些組件具有大量不同類型的引腳，例如數據線、輸入/輸出、地址線、控制線和電源線。為了保持清晰和可讀性，設計人員應該創建單個封裝的多個組件，例如 UxA、UxB、UxC 和 UxD。下面給出了組件的這種異構示意圖符號的示例。 組件的異構示意圖符號

電源和接地符號

電源和接地引腳的符號如下所示。

電源和接地符號 用“+”號表示電壓總是一個好主意，因為板上可能存在負電壓。設計人員應遵循標準和一致的約定來表示電壓電平及其在硅片內的部分。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型的理由。符號如下所示。

不同類型的地面符號

網絡連接

每當您有兩根電線形成一個連接點并共享一個電氣連接時，該交叉點就需要有一個連接點。這是每個原理圖設計中的標準做法。

原理圖設計中的網絡連接

網絡標簽約定

原理圖的目的是讓設計人員更容易理解您的電路。應盡量減少不必要的網絡連接。在原理圖上繪制集成電路 (IC) 的符號時，通常會觀察到這種情況。 設計師沒有在各處繪制數十個網絡，而是為特定引腳表示網絡名稱，該引腳與另一個設備上的引腳相關聯。這些引腳將具有相同的名稱。假定連接了具有相同名稱的引腳。這提高了原理圖的可讀性。下圖顯示了一系列命名網絡。

離頁連接

凈標簽指南

當網絡在同一頁面上直接連接到另一個 IC 時，不需要網絡命名。但是，如果要將網絡連接到另一個頁面上的 IC，那么您需要為其命名。 設計人員在命名網絡時可以遵循以下簡單規則：

信號名稱應始終以大寫形式書寫，并應放置在網絡的正上方。

避免使用長名稱。優選地，名稱最多可以有4個字母。

使用上面的條描述有效的低或高信號。帶有上條的引腳被認為是低電平有效引腳。

應刪除開放的網絡/連接。

離頁連接

為了提高可讀性，設計人員通常在原理圖中命名網絡。當要在同一頁面上連接信號時，這可以正常工作。如果需要將網絡連接到不同頁面上的引腳，則應使用頁外連接器符號。

信號流表示

在原理圖頁面上，信號從頁面的左側流向右側。任何電源和接地連接都顯示在頁面的頂部或底部。建議設計人員牢記這一點并相應地保留組件。

元件放置

原理圖中的元件放置是重要任務之一。這是因為布局工程師將相應地保留組件。電容器的并聯如左圖所示。正如我們所見，原理圖的可讀性達不到標準。 原理圖中的電容器并聯 為了提高可讀性，可以如下圖進行連接。 示意圖中優選的電容器并聯連接 另請閱讀如何在 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，因為信號可能是高頻的。 示意圖中的晶體放置

剛果民主共和國檢查

設計規則檢查 (DRC)是 CAD 軟件提供的一項智能功能，用于檢查設計的邏輯和物理完整性。檢查是針對所有啟用的設計規則進行的，并且可以在您設計時在線進行。

網表驗證

當原理圖設計完成并準備好導入布局時，將生成網表。網表文件可以有兩種不同的擴展名（.mnl 和 .txt）。.mnl 文件是機器可讀的。.txt 文件顯示組件引腳之間的所有連接/網絡。建議手動驗證網絡以避免設計錯誤。 另請閱讀Gerber、ODB++ 和制造商所需的其他 PCB 設計文件。

物料清單 (BOM)

目前，CAD 工具提供了一個稱為 BOM 創建的關鍵功能。只有設計人員在從庫中創建或導入組件時，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）、封裝、供應商名稱、供應商零件編號等。建議在創建符號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建中最常被忽略的一點。這更多地與組織的過程有關，它是根據過去的設計經驗設定的。有一個清單可以避免原理圖中的錯誤并使設計更加健壯。以下是清單。

應驗證與數據表相關的每個組件的引腳編號和標簽。

應對所有極化組件進行極性檢查。

檢查重疊的標簽和引腳編號。

使用數據表、原理圖符號和封裝封裝驗證所有晶體管的基極、集電極和發射極引腳。

驗證組件的值、參考標志和位置。

確保存在原理圖符號說明。（MPN、供應商名稱、供應商部件號等）。

檢查頁外連接符。

尋找表間參考。

去耦電容檢查所有 IC，基于信號類型（模擬、數字、信號、接地）的接地引腳分離。

BOM 檢查數量和零件編號。

當設計人員在 CAD 工具中繪制電路時，應注意原理圖設計是版圖設計人員的輸入。版圖設計者希望原理圖沒有錯誤，以便版圖結構良好且準確。

審核編輯：湯梓紅