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如何繪制和設(shè)計PCB原理圖？
如何繪制和設(shè)計PCB原理圖？
示意圖是電氣電路的邏輯和視覺表示。這是電子產(chǎn)品設(shè)計的第一步。以前，設(shè)計人員曾經(jīng)在紙上繪制電路圖。現(xiàn)在，設(shè)計人員已開始使用PCB設(shè)計工具（M-CAD和E-CAD），這些工具簡化了設(shè)計過程。建議設(shè)計人員遵循標(biāo)準(zhǔn)原理圖指南，以進(jìn)行結(jié)構(gòu)合理且無錯誤的設(shè)計。
如今，設(shè)計人員使用大量的EDA（電子設(shè)計自動化）工具，例如Altium，Allegro，Pads，Kicad，Tinycad，Express PCB等。這些設(shè)計工具可確保原理圖電路無差錯，因?yàn)樗鼈兛梢猿掷m(xù)監(jiān)視邏輯和連接錯誤。設(shè)計人員需要遵循標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)則，以使電路可機(jī)讀。
原理圖的重要性是什么？
原理圖是PCB設(shè)計的重要方面之一。一個好的示意圖顯示了結(jié)構(gòu)良好的電路圖，清楚地描繪了各種電子組件之間的電連接。還應(yīng)注意，技術(shù)上正確但擁擠的原理圖仍然是不好的，因?yàn)樗赡軙乖O(shè)計人員感到困惑。原理圖可以找出電路中的連接，因此是一種非常有價值的故障排除工具。
繪制PCB原理圖的準(zhǔn)則
為了獲得成功的設(shè)計，請遵循以下標(biāo)準(zhǔn)原理圖指南。
頁面大小選擇
大多數(shù)設(shè)計工具提供不同的頁面大小。通常，這些工具會將頁面大小選擇為A4。但是，應(yīng)該注意，其他各種頁面大小也是可用的。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)電路設(shè)計的大小選擇大小。
頁面命名約定
原理圖的邏輯塊應(yīng)以頁分隔。可以使用字母A，B，C等來命名頁面。這樣，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_ MCU接口
D_Memory接口
E_修訂記錄
大多數(shù)設(shè)計人員經(jīng)常忽略框圖和修訂歷史記錄，以節(jié)省時間。但是，它們對于嘗試?yán)斫庠韴D的其他設(shè)計師可能非常有幫助。大多數(shù)基于產(chǎn)品的組織都強(qiáng)制執(zhí)行所有此類協(xié)議和法規(guī)。
網(wǎng)格設(shè)置
盡管這不是設(shè)計人員的直接要求，但該工具需要具有一些參考。因此，遵循網(wǎng)格系統(tǒng)。擁有網(wǎng)格可以幫助設(shè)計人員正確引用零件并進(jìn)行連接。電路組件和連接必須始終在網(wǎng)格上，這有助于在分析過程中探測網(wǎng)絡(luò)。
頁面標(biāo)題欄
頁面標(biāo)題欄位于原理圖頁面的頁腳中。最好填寫所有必需的詳細(xì)信息，例如頁面大小，更新日期，修訂版，文檔編號，電路的名稱/功能以及公司免責(zé)聲明。標(biāo)題欄的示例如下所示。
原理圖中的頁面標(biāo)題欄
注釋/評論
設(shè)計人員需要編寫有關(guān)電路的必要注釋。注釋可以寫在獨(dú)立文檔或原理圖頁面上。通常，在復(fù)雜設(shè)計的單獨(dú)頁面上提供了注釋。注釋示例包括跳線狀態(tài)，PCB布局約束/準(zhǔn)則等。帶有注釋的原理圖可以在下面看到。
帶有注釋和注釋的示意圖
修訂記錄
修訂歷史記錄包含對設(shè)計所做的更改。本文檔提供信息，例如所做更改的日期和說明，作者和審閱者的姓名，以及審閱注釋（如果有）。修訂歷史記錄通常位于原理圖的第一頁或最后一頁。原理圖修訂歷史的示例如下所示。
原理圖的修訂歷史
示意圖文件目錄
目錄列出了原理圖文檔中存在的主題。擁有此頁面可幫助設(shè)計人員輕松地在復(fù)雜的大型設(shè)計中定位特定的模塊。如果設(shè)計小而簡單，則可以跳過此步驟。下面給出了ToC的示例。
原理圖文件的目錄
框圖
該框圖表示設(shè)計和信號流中的不同模塊。這極大地幫助了審閱者理解設(shè)計以便進(jìn)行審閱。示意框圖的示例可以在下面看到。
分層原理圖設(shè)計
如果設(shè)計復(fù)雜且包含許多模塊，則最好具有分層設(shè)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(yīng)模塊，可以訪問每個模塊的詳細(xì)視圖。
分層原理圖設(shè)計
組件引用
下表顯示了常用電子部件的名稱，以及在任何示意圖中使用的相應(yīng)電子標(biāo)號。根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)分配代號。建議使用其標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)記來命名組件。另外，請始終使用大寫字母來指定原理圖符號。
|
成分 |
參考代號 |
成分 |
參考代號 |
成分 |
參考代號 |
|
電阻器 |
[R |
插頭/連接器 |
P / CON |
電源 |
聚苯乙烯 |
|
電容器類 |
C |
跳線 |
J.P |
水晶 |
X或Y |
|
二極管/ LED |
d |
電纜/電線 |
w ^ |
震蕩器 |
OSC |
|
齊納二極管 |
? |
測試點(diǎn) |
p |
散熱器 |
H |
|
電阻網(wǎng)絡(luò) |
n |
中繼 |
? |
基準(zhǔn)的 |
Fd |
|
電感/磁珠 |
大號 |
保險絲 |
F |
蜂鳴器/揚(yáng)聲器 |
最小二乘 |
|
IC（集成電路） |
U / IC |
轉(zhuǎn)變 |
西南 |
電池 |
英國電信 |
符號生成
示意圖由不同類型的組件組成，例如有源組件，無源組件和連接器。有源組件包括晶體管，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稱為無源設(shè)備。除非標(biāo)準(zhǔn)庫中沒有該組件的符號，否則不建議創(chuàng)建新的符號。
要了解更多信息。
電阻器
電阻可以兩種不同的方式表示，如下所示。設(shè)計人員應(yīng)注意保持所用符號的一致性。
電阻符號
電阻的單位是歐姆，并用符號“Ω”表示。有時，符號“Ω”可以替換為字母“ E”。設(shè)計人員應(yīng)確保在整個設(shè)計中應(yīng)遵循一致的單位表示形式。有關(guān)組件的所有必需數(shù)據(jù)都應(yīng)輸入到設(shè)計工具中。這使得在設(shè)計結(jié)束時更容易創(chuàng)建BOM（物料清單）。
極化和非極化電容器
電容器有兩個端子，一個為正極，一個為負(fù)極。請注意標(biāo)記這些端子的極性。電容器端子的極性錯誤可能導(dǎo)致爆炸。下圖顯示了IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的電容器符號。
極化和非極化電容器
設(shè)計人員還應(yīng)確保分配給符號的引腳號應(yīng)與布局布局完全匹配。
晶體管
晶體管是三端半導(dǎo)體器件。端子是基極，集電極和發(fā)射極。設(shè)計人員在將引腳布局中的引腳映射到原理圖符號時，應(yīng)始終參考組件數(shù)據(jù)手冊。
帶有引腳號的晶體管符號
創(chuàng)建符號后，輸入組件說明很重要。這對于將來參考或零件已過時且需要更換時非常有用。在BOM上具有這些詳細(xì)信息可以提高可讀性。下面的兩個圖像顯示了晶體管符號的完全填充的描述字段。
晶體管的符號說明
組件的符號描述（圖片來源：Altium）
運(yùn)算放大器
根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建運(yùn)算放大器的符號非常重要。許多設(shè)計人員經(jīng)常根據(jù)其便利性來設(shè)計運(yùn)放，這往往會降低可讀性。由于缺乏對CAD原理圖工具的了解和經(jīng)驗(yàn)，可能會發(fā)生這種情況。
運(yùn)算放大器符號
創(chuàng)建符號時，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在頂部和底部。在所示的圖像中，輸入引腳為2和3，輸出引腳為4，電源和接地引腳分別為7和4。
設(shè)計師在翻轉(zhuǎn)或更改符號方向時應(yīng)格外小心。當(dāng)我們這樣做時，正極端子和負(fù)極端子很可能會切換其位置。因此，應(yīng)注意將每個符號與制造商的數(shù)據(jù)表進(jìn)行核對。
異構(gòu)示意圖符號
諸如FPGA，存儲器，微處理器之類的復(fù)雜設(shè)備被稱為異構(gòu)組件。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。為了保持清晰度和可讀性，預(yù)計設(shè)計人員應(yīng)在單個包裝中創(chuàng)建多個組件，例如UxA，UxB，UxC和UxD。下面給出了組件的這種異構(gòu)示意圖符號的示例。
組件的異構(gòu)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“ +”號表示電壓始終是一個好主意，因?yàn)榘迳峡赡艽嬖谪?fù)電壓。設(shè)計人員應(yīng)遵循一個標(biāo)準(zhǔn)且一致的約定，以表示電壓水平及其在硅片內(nèi)部的截面。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接地。符號如下所示。
不同類型的地面符號
網(wǎng)絡(luò)連接
每當(dāng)您有兩條形成結(jié)并共享電氣連接的電線時，該交叉點(diǎn)都需要有一個結(jié)點(diǎn)。這是每個原理圖設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)做法。
原理圖設(shè)計中的網(wǎng)絡(luò)連接
凈標(biāo)簽約定
原理圖的目的是使設(shè)計人員更容易理解您的電路。不必要的網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)減至最少。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(shè)計人員不必在各處繪制數(shù)十個網(wǎng)，而要為特定引腳指定一個網(wǎng)名，該網(wǎng)名與另一個設(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的網(wǎng)絡(luò)。
凈標(biāo)簽約定
凈標(biāo)簽準(zhǔn)則
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在同一頁面上直接連接到另一個IC時，則不需要網(wǎng)絡(luò)命名。但是，如果要將網(wǎng)絡(luò)連接到另一頁上的IC，則需要命名。
設(shè)計人員在命名網(wǎng)絡(luò)時可以遵循以下簡單規(guī)則：
信號名稱應(yīng)始終以大寫形式書寫，并應(yīng)放置在網(wǎng)絡(luò)上方。
避免使用長名。優(yōu)選地，名稱最多可以包含4個字母。
使用上方的指示條描述活動的低信號或高信號。帶有高條的引腳被認(rèn)為是低電平有效引腳。
開放式網(wǎng)絡(luò)/連接應(yīng)刪除。
頁外連接
為了提高可讀性，設(shè)計人員通常在原理圖中命名網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)信號要連接在同一頁面上時，這可以很好地工作。如果需要將網(wǎng)絡(luò)連接到另一頁上的引腳，則應(yīng)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(cè)流向右側(cè)。任何電源和接地連接都顯示在頁面的頂部或底部。建議設(shè)計人員牢記這一點(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的任務(wù)之一。這是因?yàn)椴季止こ處煂⑾鄳?yīng)地保留組件。電容器的并聯(lián)顯示在左側(cè)。如我們所見，原理圖的可讀性達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。
原理圖中電容器的并聯(lián)
為了提高可讀性，可以如下所示進(jìn)行連接。
原理圖中電容器的優(yōu)選并聯(lián)連接
水晶擺放
原理圖中的晶振放置始終如下圖所示。連接到晶體的組件總是放置在晶體附近，因?yàn)樾盘柨赡苁歉哳l的。
原理圖中的晶體放置
DRC檢查
設(shè)計規(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)計的邏輯和物理完整性。根據(jù)所有已啟用的設(shè)計規(guī)則進(jìn)行檢查，并且可以在設(shè)計時在線進(jìn)行檢查。