工程實踐中常遇到的問題

要畫出清晰、可讀性好和整潔的電路原理圖，應(yīng)該遵守以下一般規(guī)范：

使用專業(yè)的繪圖軟件：使用專業(yè)的電路設(shè)計軟件，如 KiCad、Eagle、Altium Designer、OrCAD 等，這些軟件提供了豐富的元件庫和繪圖工具，可以輕松創(chuàng)建清晰的原理圖。

組織結(jié)構(gòu)層次：將電路按功能模塊進(jìn)行分組，然后在不同的層次上表示。例如，可以將整個電路劃分為模塊、子模塊和元件層次，使用模塊框表示不同的功能模塊，并使用引腳連接它們。

使用清晰的線條和標(biāo)記：確保線條和連接線清晰可見，使用不同的線寬和樣式來表示不同類型的信號，如電源線、地線、信號線等。同時，在連接線交叉的地方使用合適的交叉方式，如使用“X”字形或橋接線。

使用符號和標(biāo)注：使用標(biāo)準(zhǔn)的電路符號和標(biāo)注，確保每個元件都有清晰的標(biāo)識，并包括元件的數(shù)值和型號。對于重要的信號線和節(jié)點，使用清晰的標(biāo)注和引腳號，以幫助讀者理解電路的功能和連接。

邏輯流向和順序：按照信號流動的邏輯順序繪制電路原理圖，從輸入到輸出的順序，這樣可以使電路結(jié)構(gòu)更加清晰易懂。

避免交叉線和擁擠區(qū)域：盡量避免交叉線和過于擁擠的區(qū)域，這樣可以減少混亂和誤解。如果需要交叉線，可以使用合適的方式進(jìn)行標(biāo)記，如添加標(biāo)號或使用引腳號。

使用合適的布局：根據(jù)電路的復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)，選擇合適的布局方式，如層次布局、網(wǎng)格布局或者混合布局。合理地安排元件的位置和方向，使得電路原理圖更加整潔和易讀。

注釋和說明：在需要解釋或說明的地方添加注釋和說明文字，以便讀者更好地理解電路的功能和設(shè)計意圖。

反復(fù)檢查和修正：在完成電路原理圖后，仔細(xì)檢查并進(jìn)行修正，確保所有連接正確、符號清晰可見、標(biāo)注準(zhǔn)確無誤，并消除任何可能導(dǎo)致混淆的元素。

在此基礎(chǔ)上，實踐中，應(yīng)該持續(xù)優(yōu)化工作流和規(guī)范，改善質(zhì)量，提高效率。

我們都曾有過這樣的時刻，桌子上堆滿了注釋齊全的原理圖，我們開始分不清這是第幾個版本了。我的同事有沒有檢查過這個？這個集成電路是新的，還是每次滿月時就燒掉的那個？

下面就結(jié)合工程實踐中常遇到的問題，以 AD(Altium Designer)為例，嘗試給出一些最佳實踐。

使用模板保持原理圖組織性

在制作模板時，需要考慮許多方面，而且不是每種方法都能同樣有效地工作。正確的模板應(yīng)該適合各個年齡段的人閱讀，并在計算機(jī)屏幕、紙張和舊型液晶顯示器上顯示良好。更重要的是，必須注意，模板必須顯示出在你的組織內(nèi)外確定設(shè)計所需的所有信息。

我們應(yīng)該問自己以下問題：如果我們的原理圖在最不可能的情況下丟失了，是否有足夠的信息可以將其找回？如果它在兩年后被找到，我們能否準(zhǔn)確地確定它在開發(fā)過程中的具體位置和時間？創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)的原理圖是理解如何保持原理圖組織性的第一步，但每個原理圖頁面都需要包含非常具體的信息，以幫助組織工作。這些信息被放入標(biāo)題塊和修訂塊中，以幫助團(tuán)隊中的每個人保持組織性。

Hierarchical 命名約定

Altium Designer 可能是支持層次化項目最全面的軟件，盡管在快速實施結(jié)構(gòu)時有時可能會在原理圖中迷失，但它是一個可以幫助你保持大型項目井然有序的功能。

層次結(jié)構(gòu)是通過使用頁對象將原理圖頁放置在另一個原理圖頁中的結(jié)構(gòu)。這在不同的原理圖頁之間創(chuàng)建了父子關(guān)系。Altium Designer 默認(rèn)情況下不會在原理圖頁上顯示此結(jié)構(gòu)，雖然通過從設(shè)備頁讀取原理圖文件名可以輕松進(jìn)入子電路，但從子電路返回到高級原理圖可能會有些困惑。

我可以真誠地推薦一個如何保持原理圖組織性的提示，那就是在保存設(shè)計文檔的目錄中強(qiáng)制執(zhí)行類似的命名結(jié)構(gòu)。例如，如果我們有一個數(shù)字音頻均衡器的原理圖，我們可以將其劃分為以下子電路：

MAIN：高級系統(tǒng)視圖MAIN / POWER：電源MAIN / AUDIO：高級音頻處理視圖MAIN / AUDIO / ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換器階段MAIN / AUDIO / DSP：數(shù)字聲音處理器階段MAIN / AUDIO / DAC：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器階段層次化名稱構(gòu)成了我們的"Title"參數(shù)，與 Altium 自動生成的"DocumentName"分開，后者類似于"audio_dac.SchDoc"。

層次式命名約定

支持長路徑名

Windows 路徑（例如"/Users/oscar.wilde/Documents/Project/AudioAmplifier2000/main_board.SchDoc"）的長度可以達(dá)到 260 個字符。重要的是要進(jìn)行規(guī)劃，并提供足夠的空間。支持整個路徑而不僅僅是文件名可以減少錯誤，并幫助你通過用戶名追蹤創(chuàng)建原理圖文件的計算機(jī)。

如果你希望自動將路徑名添加到原理圖頁的標(biāo)題塊中，你需要在創(chuàng)建原理圖模板時包含一個路徑參數(shù)。該路徑參數(shù)是"DocumentFullPathAndName"。如下所示，這會自動將原理圖文件（包括模板和完成的原理圖頁）的路徑放置在標(biāo)題塊中。

示例圖片：標(biāo)題塊中的路徑信息

通過將路徑信息包含在標(biāo)題塊中，你可以輕松地查看原理圖所在的位置，并追蹤創(chuàng)建原理圖的計算機(jī)。這對于組織和管理原理圖文件非常有用，尤其是在涉及多個項目、團(tuán)隊成員和文件版本的復(fù)雜環(huán)境中。

在使用過程中，需要確保操作系統(tǒng)和軟件工具都能正確處理和顯示這些長路徑，以避免任何潛在的問題。并且，現(xiàn)在我們正在嘗試用 git 進(jìn)行這些管理，比通過軟件內(nèi)的變量來進(jìn)行追蹤更加方便。

使用等寬字體

使用等寬字體可能看起來有點奇怪，幾乎像復(fù)古的感覺。等寬字體類似于打字機(jī)，每個字符之間的間距是相同的。這與大多數(shù)變寬度字體不同，變寬度字體中，字母"I"占用的空間比字母"K"少。

使用等寬字體可以更快地比較打印紙上的路徑和 Git 哈希，并且可以使文本大小更可預(yù)測。在我們的示例模板中，我們將使用 Courier New 字體，因為它在 Windows 計算機(jī)上是默認(rèn)可用的，并且外觀良好。還可以下載和安裝更現(xiàn)代的等寬無襯線字體，如 Source Code Pro，但我不建議這樣做，除非你有一種自動在所有計算機(jī)上部署字體的系統(tǒng)。

等寬與變寬字體對比

使用等寬字體的好處是在原理圖中對齊文本和元素更加準(zhǔn)確，而且在打印和共享原理圖時可以更容易地閱讀和比較文字內(nèi)容。通過保持字母之間的等距離，等寬字體使得字符在整個原理圖中保持一致的水平位置，使得對齊和比較更加方便。

在選擇和使用等寬字體時，確保所選字體在不同計算機(jī)上的可用性和顯示效果，以確保一致的閱讀體驗。

選擇合適的標(biāo)題塊大小

在歐洲，A4 和 A3 是最常用的紙張尺寸，大致相當(dāng)于美國使用的 A 和 B 紙張尺寸。許多在線上可以找到的技術(shù)繪圖模板，特別是基于早期 Altium Designer 模板的那些，標(biāo)題塊大約占據(jù)頁面寬度的 1/3。

我發(fā)現(xiàn)試圖將過多內(nèi)容塞進(jìn)標(biāo)題塊既不實用也不優(yōu)雅。正如任何字體設(shè)計師所知道的，字體周圍需要一定的空白區(qū)域才能保證可讀性。

選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)題塊大小非常重要。標(biāo)題塊應(yīng)該足夠大，以容納所有必要的信息，例如項目名稱、作者、日期和版本等。但是，過大的標(biāo)題塊可能會占據(jù)太多空間，使原理圖的可視區(qū)域減少，導(dǎo)致閱讀和理解變得困難。

字體可讀性依賴周圍的留白

需要找到一個平衡點，確保標(biāo)題塊大小足夠容納所需的信息，同時不過分占用原理圖的空間。這樣可以保持原理圖的整潔和可讀性。根據(jù)紙張尺寸和打印要求，可以根據(jù)實際需要調(diào)整標(biāo)題塊的大小。

同時，也要考慮選擇合適的字體大小和行間距，以確保標(biāo)題塊中的文本清晰可讀。字體大小應(yīng)該足夠大，以便在打印和閱讀原理圖時不會造成眼部疲勞或閱讀困難。

總而言之，選擇適合的標(biāo)題塊大小是一項重要的設(shè)計考慮因素，需要在信息容納和視覺整潔之間找到平衡點。

我建議使用 A4 紙（在美國稱為 A 型）的較短邊作為參考。這樣可以在縱向和橫向兩種方向上創(chuàng)建原理圖，并且在所有常見的紙張尺寸中都顯得整潔和比例適宜。

A4短邊作為標(biāo)題塊參考寬度

始終標(biāo)注工程師聯(lián)系方式等必要信息

我見過許多商業(yè)項目的標(biāo)題塊中缺少關(guān)鍵信息的情況。其中最常見的是負(fù)責(zé)繪圖的工程師姓名。有些公司決定出于保密的考慮省略姓名，但我認(rèn)為跟蹤電路負(fù)責(zé)人的個人信息以及為設(shè)計師提供成績證明是非常重要的。

必要信息示例

傳統(tǒng)上一般會標(biāo)注工程師名字，在標(biāo)題塊中寫出設(shè)計師的姓名還可以幫助避免不必要的責(zé)備：“指責(zé)之指責(zé)”，如果設(shè)計中存在問題，由設(shè)計師姓名所指示的人負(fù)責(zé)修復(fù)。這個簡單的提示可以幫助許多團(tuán)隊經(jīng)理保持理智。

此外，還應(yīng)包括公司的地址信息。這樣做不僅可以提供對公司的準(zhǔn)確標(biāo)識，還可以方便他人在需要時聯(lián)系到相應(yīng)的團(tuán)隊或部門。

在標(biāo)題塊中包含工程師姓名和公司地址是確保原理圖上具有相關(guān)個人和公司信息的一種有效方法。這樣可以為設(shè)計的責(zé)任和貢獻(xiàn)提供明確的證據(jù)，并幫助確保設(shè)計的透明度和責(zé)任追溯性。

但是現(xiàn)在，我們已經(jīng)開始嘗試使用 git 來完成這些，雖然不那么直觀，但是更加信息化。

追蹤可變性

按照墨菲定律：每個電位器都會以錯誤的方向旋轉(zhuǎn)。我經(jīng)常陷入這個問題，因此我總是在任何電位器周圍添加四個 0 歐姆電阻器，以在裝配階段改變旋轉(zhuǎn)方向。

添加跳線電阻以便適應(yīng)變化

同樣地，我常常不確定我的電路是否能夠使用微控制器內(nèi)部的 100/200 千歐姆上拉電阻，或者是否需要外部的 10/47 千歐姆電阻。因此，我總是留下一個未焊裝的電阻。在我之前工作的一家公司，我們通過使用像"RES_DO_NOT_PLACE"這樣的電阻型號來跟蹤這些"假設(shè)性"元件，但這給我們的 EMS 供應(yīng)商帶來了困惑和沮喪。

一種更清晰的方法是使用變種（Variants）：首先放置所有需要放置的元件，然后創(chuàng)建一個名為"MAIN"的默認(rèn)配置變種。更新 OutJob 文件，只導(dǎo)出該變種。這樣，你將能夠清晰地在原理圖和 Draftsman 文檔中跟蹤未焊裝的元件，減少錯誤的發(fā)生。變種名稱可以通過參數(shù)"VariantName"顯示在標(biāo)題塊中。

另一種選擇是在變種中將特定元件標(biāo)記為 DNP（Do Not Place）。創(chuàng)建一個變種并將元件標(biāo)記為 DNP 可以消除手動跟蹤裝配板上哪些元件是 DNP 的需要。如果你只需要將特定的 0 歐姆電阻標(biāo)記為 DNP，更好的選擇是使用可焊接的跳線，這樣你就不需要購買和放置額外的元件。

通過采用這些方法，你可以有效地跟蹤和管理原理圖中的變種，從而在裝配階段識別和實施特定的修改或定制化，同時保持清晰的文檔和組織結(jié)構(gòu)。

保持文字清晰可讀

在用戶界面設(shè)計的學(xué)術(shù)研究中，長期以來已經(jīng)得出了一個結(jié)論：保持字體大小在 10 或 12 點左右是良好的實踐，其中 12 點的字體大小適用于大多數(shù)年齡段的人群。最小的頁面字體大小大約為 6 點。在我們的模板中，選擇在這個范圍內(nèi)的字體大小。通過采用 12 點的字體大小，即使將我們的 A3 原理圖以 A4 的大小打印，仍然可以讀取。這樣可以確保文字在適當(dāng)?shù)捻撁娉叽缟媳３智逦勺x。

在每一頁上添加“保密”標(biāo)識

大多數(shù)保密協(xié)議將保密信息的概念限定為明確標(biāo)注為保密的文件。你的電路原理圖很可能包含了你企業(yè)最重要的商業(yè)機(jī)密。你應(yīng)該在上面添加一個明顯的“保密”標(biāo)識。

這樣做有幾個好處。首先，它提醒所有使用者和閱讀者這些信息是機(jī)密的，并需要妥善保護(hù)。其次，它幫助你確保在信息傳遞和共享過程中的法律要求和合規(guī)性。最后，它可以在出現(xiàn)任何信息泄露的情況下提供額外的法律保護(hù)。

你可以選擇在每一頁的角落或頁眉/頁腳處添加一個“保密”標(biāo)識，使用醒目的字體和顏色，以確保其易于識別和辨認(rèn)。這種標(biāo)識的存在將提醒所有相關(guān)人員這些信息的保密性質(zhì)，并促使他們采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo(hù)這些信息的安全性。

“保密”標(biāo)識

當(dāng)然了，對于開源項目就沒有這個必要了，但是不妨把開源許可證標(biāo)注上。

創(chuàng)建和分發(fā)電路原理圖模板

設(shè)計模板：使用 Altium Designer 或其他電路原理圖設(shè)計軟件創(chuàng)建一個電路原理圖模板。根據(jù)之前提到的指南，例如使用層次結(jié)構(gòu)的命名規(guī)范、包含清晰的標(biāo)題塊和相關(guān)信息、使用等寬字體以及保持文字在合適的頁面尺寸下可讀性等，設(shè)計模板以滿足你的特定需求和偏好。

自定義模板：在創(chuàng)建基本模板之后，根據(jù)你的組織需求進(jìn)行自定義。添加公司標(biāo)志、工程師姓名、公司地址以及其他必要的信息到標(biāo)題塊中。根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)和變體，以跟蹤不同的配置或選項。

測試和驗證：在分發(fā)模板之前，進(jìn)行全面測試，確保其按預(yù)期工作。檢查是否存在錯誤、缺失信息或格式問題。使用模板創(chuàng)建示例電路原理圖，驗證模板是否符合你組織的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

編寫和共享說明：創(chuàng)建一份文檔或一套說明，解釋如何有效使用模板。包括填寫標(biāo)題塊的指南、處理變體的指南以及其他使用模板的具體說明。這份文檔將幫助用戶理解和正確使用模板。

分發(fā)模板：一旦模板最終確定并完成文檔編寫，將其分發(fā)給組織內(nèi)相關(guān)的用戶或團(tuán)隊。你可以通過集中的文檔管理系統(tǒng)、電子郵件或其他適當(dāng)?shù)那肋M(jìn)行共享。確保模板易于獲取，并確保用戶知道其可用性。

提供培訓(xùn)和支持：對用戶進(jìn)行培訓(xùn)或提供指導(dǎo)，教授他們?nèi)绾斡行褂媚０?。解答他們可能有的任何問題或關(guān)切，并提供持續(xù)的支持，以確保模板能夠順利采用和使用。

更新和維護(hù)模板：隨著組織需求的變化或出現(xiàn)新的最佳實踐，定期審查和更新模板。向用戶傳達(dá)任何更新或修訂，并確保他們可以獲取到最新版本的模板。

通過遵循這些步驟，你可以創(chuàng)建和分發(fā)一個電路原理圖模板，在你的組織的電路設(shè)計流程中促進(jìn)組織、標(biāo)準(zhǔn)化和高效性。依然可以通過 git 來對團(tuán)隊的模板進(jìn)行管理和分發(fā)，確保一致性。

創(chuàng)建和分發(fā)統(tǒng)一的色彩調(diào)色板

明智地選擇你的顏色。

如果你還足夠幸運(yùn)，仍然在人生的上半場徘徊，你可能會傾向于在繪圖中使用降低對比度的調(diào)色板，比如藍(lán)色和淺藍(lán)色。請抵制這種沖動：你年長的同事可能已經(jīng)降低了對比度敏感度。你的電路原理圖不應(yīng)該通過顏色來編碼信息，并且應(yīng)該可以以單色打印。

我個人已經(jīng)放棄了 Altium Designer 的藍(lán)/黃/紅/綠/黑調(diào)色板，而是幾乎只使用藍(lán)色或純黑色，只有 NetTies 和文本字符串具有不同的顏色。如果你想選擇多種顏色，我建議選擇紅色和藍(lán)色。

對于大多數(shù)人來說，人眼有三種不同的色感錐。下面的圖表顯示了人眼在可見光譜上的色感錐敏感性。綠色和紅色有很大的重疊，這在一定程度上解釋了為什么紅綠色盲是最常見的色盲形式之一。

標(biāo)準(zhǔn)化的人眼色感錐響應(yīng)，由維基提供

另一方面，紅色和藍(lán)色在光譜中相距較遠(yuǎn)，因此大多數(shù)色盲人士可以輕松區(qū)分它們。一些電子設(shè)計自動化軟件套件限制了它們的樣式，以促進(jìn)銷售，因為這有助于創(chuàng)建一個連貫的品牌，但 Altium Designer 并不強(qiáng)制實施這種限制。

創(chuàng)建預(yù)配置的項目模板

保持團(tuán)隊成員的同步不僅僅涉及了解如何通過模板來組織原理圖，幸運(yùn)的是，就像 Altium Designer 允許我們?yōu)樵韴D或 PCB 使用模板一樣，我們也可以為項目文件使用相同的方法。項目模板還可以用于在 PCB 設(shè)計團(tuán)隊中實施組織。我們在原理圖模板中采用的一些自定義參數(shù)（例如 ProjectTitle）應(yīng)該在每個 PrjPcb 項目級別上添加，以便更容易記住和編輯。