如何繪制和設計PCB原理圖？

2021-03-19

如何繪制和設計PCB原理圖？

示意圖是電氣電路的邏輯和視覺表示。這是電子產品設計的第一步。以前，設計人員曾經在紙上繪制電路圖?，F在，設計人員已開始使用PCB設計工具（M-CAD和E-CAD），這些工具簡化了設計過程。建議設計人員遵循標準原理圖指南，以進行結構合理且無錯誤的設計。

如今，設計人員使用大量的EDA（電子設計自動化）工具，例如Altium，Allegro，Pads，Kicad，Tinycad，Express PCB等。這些設計工具可確保原理圖電路無差錯，因為它們可以持續監視邏輯和連接錯誤。設計人員需要遵循標準設計規則，以使電路可機讀。 

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結構良好的電路圖，清楚地描繪了各種電子組件之間的電連接。還應注意，技術上正確但擁擠的原理圖仍然是不好的，因為它可能會使設計人員感到困惑。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原理圖的準則

為了獲得成功的設計，請遵循以下標準原理圖指南。 

頁面大小選擇

大多數設計工具提供不同的頁面大小。通常，這些工具會將頁面大小選擇為A4。但是，應該注意，其他各種頁面大小也是可用的。設計人員應根據電路設計的大小選擇大小。

頁面命名約定

原理圖的邏輯塊應以頁分隔?？梢允褂米帜?span>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

大多數設計人員經常忽略框圖和修訂歷史記錄，以節省時間。但是，它們對于嘗試理解原理圖的其他設計師可能非常有幫助。大多數基于產品的組織都強制執行所有此類協議和法規。

網格設置

盡管這不是設計人員的直接要求，但該工具需要具有一些參考。因此，遵循網格系統。擁有網格可以幫助設計人員正確引用零件并進行連接。電路組件和連接必須始終在網格上，這有助于在分析過程中探測網絡。

頁面標題欄

頁面標題欄位于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，修訂版，文檔編號，電路的名稱/功能以及公司免責聲明。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，在復雜設計的單獨頁面上提供了注釋。注釋示例包括跳線狀態，PCB布局約束/準則等。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計人員輕松地在復雜的大型設計中定位特定的模塊。如果設計小而簡單，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

該框圖表示設計和信號流中的不同模塊。這極大地幫助了審閱者理解設計以便進行審閱。示意框圖的示例可以在下面看到。

分層原理圖設計

如果設計復雜且包含許多模塊，則最好具有分層設計。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部件的名稱，以及在任何示意圖中使用的相應電子標號。根據IEEE標準分配代號。建議使用其標準參考標記來命名組件。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	p	散熱器	H
電阻網絡	n	中繼	?	基準的	Fd
電感/磁珠	大號	保險絲	F	蜂鳴器/揚聲器	最小二乘
IC（集成電路）	U / IC	轉變	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，運算放大器等。電容器，電感器和變壓器等組件稱為無源設備。除非標準庫中沒有該組件的符號，否則不建議創建新的符號。

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。設計人員應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”。設計人員應確保在整個設計中應遵循一致的單位表示形式。有關組件的所有必需數據都應輸入到設計工具中。這使得在設計結束時更容易創建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，一個為負極。請注意標記這些端子的極性。電容器端子的極性錯誤可能導致爆炸。下圖顯示了IEEE標準中的電容器符號。

極化和非極化電容器

設計人員還應確保分配給符號的引腳號應與布局布局完全匹配。

晶體管

晶體管是三端半導體器件。端子是基極，集電極和發射極。設計人員在將引腳布局中的引腳映射到原理圖符號時，應始終參考組件數據手冊。

帶有引腳號的晶體管符號

創建符號后，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便利性來設計運放，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驗，可能會發生這種情況。 

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。

設計師在翻轉或更改符號方向時應格外小心。當我們這樣做時，正極端子和負極端子很可能會切換其位置。因此，應注意將每個符號與制造商的數據表進行核對。

異構示意圖符號

諸如FPGA，存儲器，微處理器之類的復雜設備被稱為異構組件。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。為了保持清晰度和可讀性，預計設計人員應在單個包裝中創建多個組件，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“ +”號表示電壓始終是一個好主意，因為板上可能存在負電壓。設計人員應遵循一個標準且一致的約定，以表示電壓水平及其在硅片內部的截面。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

網絡連接

每當您有兩條形成結并共享電氣連接的電線時，該交叉點都需要有一個結點。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

凈標簽約定

原理圖的目的是使設計人員更容易理解您的電路。不必要的網絡連接應減至最少。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。 

設計人員不必在各處繪制數十個網，而要為特定引腳指定一個網名，該網名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絡。

凈標簽約定

凈標簽準則

當網絡在同一頁面上直接連接到另一個IC時，則不需要網絡命名。但是，如果要將網絡連接到另一頁上的IC，則需要命名。

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，并應放置在網絡上方。

避免使用長名。優選地，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為是低電平有效引腳。

開放式網絡/連接應刪除。

頁外連接 

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。如果需要將網絡連接到另一頁上的引腳，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的任務之一。這是因為布局工程師將相應地保留組件。電容器的并聯顯示在左側。如我們所見，原理圖的可讀性達不到標準。

原理圖中電容器的并聯

為了提高可讀性，可以如下所示進行連接。 

原理圖中電容器的優選并聯連接

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，因為信號可能是高頻的。

原理圖中的晶體放置

DRC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。根據所有已啟用的設計規則進行檢查，并且可以在設計時在線進行檢查。