一个好的设计,都是从好的原理设计来的。设计规范是确保好设计的过程管理手段。因为每个规范的背后,都是血泪史。

很多时候原理图不仅仅是给自己看的,也会给其它硬件工程师或主管做评审,同时也会给维修或技术支持的同事看,如果可读性差,会带来一系列沟通问题。所以养成良好习惯,做个规范的原理图,是每个硬件/电子工程师,做原理图设计的基本功。此外,一个优秀的原理图,还会考虑可读性、可扩展性、可测试性、可维修性、可输出性等等。

如上图所示,用线把整张原理图划分好区域,和各个区域写上功能说明,如:电源、STM32等。

这样让人更清晰、更快速地理解整个原理图,调试、维修的时候也很容易根据问题来查找电路。

如上图,标注了最大输出电流,这样可以方便别人修改电路的时候,知道电源能不能带得起负载。

也可以写其它参数,如:输入电压范围,适用的温度范围,甚至是数字电路中的真值表等。

1、电阻。

如上图所示,每个电阻都写上阻值、精度。针对大功率电阻,也可以写上功率,要视具体情况灵活变通。

一般对于开关电源上的采样电阻以及运放电路上的电阻得用1%精度,上下拉电阻可以使用5%精度。

注意:

  • 这里的阻值不建议写成102,要直接写成1K。尽量不要让别人去做这个换算,或者人家也不会算。
  • 阻值带小数点的,建议直接用符号代替。例如:4.7K电阻标识为4K7,5.1R电阻标识为5R1。为了避免打印出来的原理图小数点看不清,把4.7K电阻当成47K电阻使用。造成不必要的误会和电路排查难度。

2、电容。

如上图所示,每个电容都写上了容值和耐压。针对高精度电容,也可以写上精度,或者是材质。

如:瓷片电容的材质有X7R、Y5V、NP0等。

注意:

  • 这里的容值不建议写成105,要直接写成1uF。0.1uF容值,建议写成100nF。

3、电感。

如上图所示,每个电感都写上电感值和饱和电流。

4、磁珠。

如上图所示,每个磁珠都写上阻值和对应的频率。

5、其它元件。

其它元件也是和电阻、电容等类似,如:晶振8MHz 20ppm等,要举一反三。

如上图所示,增加L1电感,以便维修时可以断开,更容易排查故障,类似的设计在开发板或初版设计里可以看到很多。这里可以使用电感、磁珠或者0R电阻,批量的设计视具体情况而定。

但是也有特殊情况,如果负载特别大,需要的串入的元件功率很大,成本增加太多,也是划不来的,这时,可以不加。

如果后面接的是QFP64封装之类芯片,功率又比较小,可以串入元件,因为QFP焊接不良的情况会比较多。

BOM表就是物料清单,尽量让物料的种类少一些,可以让采购员减少工作量,也会在生产上减少很多问题。

这里有两个上拉电阻,一个4.7K,一个10K,如果这个阻值影响不大的话,可以把它们都合并为10K。

去耦电容也是雷同的操作,要举一反三。

如上图所示。对于双电源系统来说,要在电源符号上写上正负号,单电源系统可以只写正号。

但是千万不要用VCC,不然别人看的时候还要观察一下是几V供电的。建议写成电压+功能,例如:+12VCC/+12VFAN/+3.3VMCU等

如上图所示,只有一个地平面,则用GND。有数字地/模拟地/浮地,则用AGND/DGND/FGND。

也有一些系统还有外部大地EX_GND、电池地VBAT-、视频地Video_GND、音频地Audio_GND等,也要用不同的符号。

注意:不要把GND这些网络名给隐藏掉了,会容易出问题。

如上图所示,增加了测试点。测试点也就是一个圆形的pad,裸铜的。

在一些QFP、BGA、QFN封装的芯片,有的引脚很难用示波器测量,这时可以增加测试点,方便操作。

如上图所示,PC7、PC6是接OLED12864的IIC接口。这里的网络标号增加OLED前缀,以减少网络标号的冲突,也增加了可读性。同理,接温度传感器的网络可以写DS18B20_DATA,网络标号上增加了元件名。其它的芯片也是一样的操作,建议每个连接器引脚都做网络标号,以便pcb设计时,对连接器的引脚进行功能丝印放置。

所有的网络标号均使用大写字母。

在设计初期或是不经意,或是工期太赶,就没有那么多时间去研究电路上的接法是否正确。

这时可以使用一些预留的电路,来提高整板的容错性。

如上图所示,假设工程师还不确定是RX对TX还是RX对TX时,可以使用四个电阻来实现这两种接法。(NC为不接)

焊上R11和R14,不焊R12和R13时,是RX对RX,TX对TX的接法。

不焊R11和R14,焊上R12和R13时,是RX对TX,TX对RX的接法。

当调试通过后,再把这四个电阻去掉,并连上正确的接法。这样既能保证工期,又不会出错。

如果一个板子,不太确定用STM32的F103还是F407,此时,可以做成兼容设计。

如上图所示,圆圈中可放置0R电阻,使用F103时,把0R焊上,电容不焊。使用F407时,把电容焊上,0R不焊。

特别是在目前的缺芯的情况下,很多都做国产替代。大部分是能做Pin2Pin的,万一没有P2P的,就需要做双Layout设计。

当然,也可以预留其它电路,要举一反三。

原理图上常常出现NC和NF两种字符,如下图所示,是不接、不焊的意思。

NC=Not connect 不接。

NF=Not Fix 不安装。

这个建议一定要在原理图加上,否则到后期PCB Layout后,出BOM的时候忘记更新。就会出现多贴,轻则导致烧板当场发现,重则预留一个隐患到量产。

当然,NC也可以表示为normal close常闭,在继电器、接触器上用的多。

要视具体情况来辨认。

很多时候一个电路不是一版就成功的。它会经历很多版本,每个版本都有变更的地方。这时要明确地标注出来。

如上图所示,明确地指出,V2版本把C12改成10uF,以便万一出问题,容易追溯。同时辅助版本管理软件(SVN或DigiPCBA,再简单的Excel或软件自带的都可以),进行一些版本修改评论备注。方便后续版本出现问题时的回溯。

悬空引脚也要画上X,方便评审检查时的确认,否则会造成漏画或不用的歧义。

很多时候,需求是不断变化的。如果仅仅针对当前需求来设计,一旦将来有改动,又要重新打板。

所以,很有必要增加一些预留的引脚、电路,以便快速验证整板的功能是否满足新需求。如下图所示,预留了一些IO口。

14、防呆设计

有一些接口是不防呆的,也就是存在两种或多种接法。

如上图所示,4P杜邦线(合在一起,没有分开的),有两种接法。1、红黑白黄,2、黄白黑红。

然后,该座子在原理图上是上图所示的定义,那么会有一种接法导致电源接反,可能会烧坏元件。

如果原理图是设计成这样,则不会烧坏元件,因为3.3V电源也就加在GPIO口上而已。

要做防呆,可以使用防呆的座子,如:USB座、航空接口等。

也有另一种方法,对称设计法。

如上图所示,引脚的排列是对称的,也就是无论怎么接,都是没问题的,只是成本会有所增加。

还有一种方法适用于直流电源的接口,一般是门禁系统用的多。

如上图所示,增加一个整流桥,不管+13.4V和PGND怎么接,在1、3引脚上都能产生正确的+12V和GND。

当然,这种方法也要考虑成本和功耗等。

一些模拟电路,需要标明信号的流向。

如上图所示,标明了定向耦合器中的信号流向。

如果PCB不是你画的话,可以在原理图上标明PCB的走线规则或者建议。

如上图所示,标明了一对差分线在PCB上的处理方法。

一旦用了\,就有可能被wire挡住,然后看不到,从而导致网络可能连接不正确。可以考虑用#来表示取反。带#号的网络标号,就是低电平有效的。

如上图,在做完原理图设计后,千万要记得进行编译检查,不要错过每一个提示信息,包括警告信息。特别能检查一些浮空的网络和重复的位号等不易人工发现的低级错误。

并导入到PCB环境中看一下,检查封装是否正确,网络是否有遗漏。

作为一个电路设计者,一定要有对电路设计敬畏之心,这个体现在原理框图要署名。同时需要注意的是,一个项目经常有多张原理图,原理图之间的版式大小也要统一,避免出现大版式A3或A2打印出来的图纸看不清的状况。

这里的其他,就是一些和PCB对接的,比如:PCB丝印的,其中的细节也有不少,好的丝印设计,会让整个PCB实物达到一种赏心悦目,心旷神怡的感觉。

如果大家感兴趣,后面再更新一篇PCB丝印。

另:附上一份参考的资料文档:入门pcb设计的正确姿势:原理图设计规范

需要的可以关注+点赞,并私信:原理图设计规范。

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