繪制PCB原理圖技巧
原理圖是電路的邏輯和視覺表示。這是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。早些時(shí)候，設(shè)計(jì)人員過去常常在紙上繪制電路圖?，F(xiàn)在，他們已經(jīng)開始使用簡(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)良好且無錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)。
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。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/功能和公司免責(zé)聲明。標(biāo)題欄的示例如下所示。
注釋/評(píng)論
設(shè)計(jì)人員需要編寫有關(guān)電路的必要注釋。注釋可以寫在獨(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。
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（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，則可以跳過此步驟。下面給出了一個(gè) ToC 的示例。
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(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。通過單擊分層示意圖中的相應(yīng)模塊，可以訪問每個(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，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)來命名組件。此外，始終使用大寫字母來指定原理圖符號(hào)。| 制造商 | 材料名稱 | 放氣數(shù)據(jù) | |
| 總質(zhì)量損失 %（最大 1%） |
收集的揮發(fā)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(nèi)爾科 | N4000-6 / 6FC | 0.27 | 0.06 |
| 內(nèi)爾科 | N4000-7 | 0.28 | 0 |
| 內(nèi)爾科 | N4000-13 / 13SI | 0.37 | 0.01 |
| 內(nèi)爾科 | N4000-13EP/EPSI | 0.14 | 0.01 |
| 內(nèi)爾科 | N4000-29 | 0.10 | 0.01 |
符號(hào)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(yùn)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(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。下圖顯示了來自 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的電容器符號(hào)。
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。
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。
異構(gòu)原理圖符號(hào)
FPGA、存儲(chǔ)器、微處理器等復(fù)雜器件稱為異構(gòu)元件。這些組件具有大量不同類型的引腳，例如數(shù)據(jù)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(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。
網(wǎng)絡(luò)連接
每當(dāng)您有兩根電線形成一個(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。
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，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。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(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)名稱應(yīng)始終以大寫形式書寫，并應(yīng)放置在網(wǎng)絡(luò)的正上方。
- 避免使用長(zhǎng)名稱。優(yōu)選地，名稱最多可以有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，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、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程有關(guān)，它是根據(jù)過去的設(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)說明。（MPN、供應(yīng)商名稱、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)。
審核編輯 ：李倩
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