一個好的設計,都是從好的原理設計來的。設計規範是確保好設計的過程管理手段。因爲每個規範的背後,都是血淚史。

很多時候原理圖不僅僅是給自己看的,也會給其它硬件工程師或主管做評審,同時也會給維修或技術支持的同事看,如果可讀性差,會帶來一系列溝通問題。所以養成良好習慣,做個規範的原理圖,是每個硬件/電子工程師,做原理圖設計的基本功。此外,一個優秀的原理圖,還會考慮可讀性、可擴展性、可測試性、可維修性、可輸出性等等。

如上圖所示,用線把整張原理圖劃分好區域,和各個區域寫上功能說明,如:電源、STM32等。

這樣讓人更清晰、更快速地理解整個原理圖,調試、維修的時候也很容易根據問題來查找電路。

如上圖,標註了最大輸出電流,這樣可以方便別人修改電路的時候,知道電源能不能帶得起負載。

也可以寫其它參數,如:輸入電壓範圍,適用的溫度範圍,甚至是數字電路中的真值表等。

1、電阻。

如上圖所示,每個電阻都寫上阻值、精度。針對大功率電阻,也可以寫上功率,要視具體情況靈活變通。

一般對於開關電源上的採樣電阻以及運放電路上的電阻得用1%精度,上下拉電阻可以使用5%精度。

注意:

  • 這裏的阻值不建議寫成102,要直接寫成1K。儘量不要讓別人去做這個換算,或者人家也不會算。
  • 阻值帶小數點的,建議直接用符號代替。例如:4.7K電阻標識爲4K7,5.1R電阻標識爲5R1。爲了避免打印出來的原理圖小數點看不清,把4.7K電阻當成47K電阻使用。造成不必要的誤會和電路排查難度。

2、電容。

如上圖所示,每個電容都寫上了容值和耐壓。針對高精度電容,也可以寫上精度,或者是材質。

如:瓷片電容的材質有X7R、Y5V、NP0等。

注意:

  • 這裏的容值不建議寫成105,要直接寫成1uF。0.1uF容值,建議寫成100nF。

3、電感。

如上圖所示,每個電感都寫上電感值和飽和電流。

4、磁珠。

如上圖所示,每個磁珠都寫上阻值和對應的頻率。

5、其它元件。

其它元件也是和電阻、電容等類似,如:晶振8MHz 20ppm等,要舉一反三。

如上圖所示,增加L1電感,以便維修時可以斷開,更容易排查故障,類似的設計在開發板或初版設計裏可以看到很多。這裏可以使用電感、磁珠或者0R電阻,批量的設計視具體情況而定。

但是也有特殊情況,如果負載特別大,需要的串入的元件功率很大,成本增加太多,也是划不來的,這時,可以不加。

如果後面接的是QFP64封裝之類芯片,功率又比較小,可以串入元件,因爲QFP焊接不良的情況會比較多。

BOM表就是物料清單,儘量讓物料的種類少一些,可以讓採購員減少工作量,也會在生產上減少很多問題。

這裏有兩個上拉電阻,一個4.7K,一個10K,如果這個阻值影響不大的話,可以把它們都合併爲10K。

去耦電容也是雷同的操作,要舉一反三。

如上圖所示。對於雙電源系統來說,要在電源符號上寫上正負號,單電源系統可以只寫正號。

但是千萬不要用VCC,不然別人看的時候還要觀察一下是幾V供電的。建議寫成電壓+功能,例如:+12VCC/+12VFAN/+3.3VMCU等

如上圖所示,只有一個地平面,則用GND。有數字地/模擬地/浮地,則用AGND/DGND/FGND。

也有一些系統還有外部大地EX_GND、電池地VBAT-、視頻地Video_GND、音頻地Audio_GND等,也要用不同的符號。

注意:不要把GND這些網絡名給隱藏掉了,會容易出問題。

如上圖所示,增加了測試點。測試點也就是一個圓形的pad,裸銅的。

在一些QFP、BGA、QFN封裝的芯片,有的引腳很難用示波器測量,這時可以增加測試點,方便操作。

如上圖所示,PC7、PC6是接OLED12864的IIC接口。這裏的網絡標號增加OLED前綴,以減少網絡標號的衝突,也增加了可讀性。同理,接溫度傳感器的網絡可以寫DS18B20_DATA,網絡標號上增加了元件名。其它的芯片也是一樣的操作,建議每個連接器引腳都做網絡標號,以便pcb設計時,對連接器的引腳進行功能絲印放置。

所有的網絡標號均使用大寫字母。

在設計初期或是不經意,或是工期太趕,就沒有那麼多時間去研究電路上的接法是否正確。

這時可以使用一些預留的電路,來提高整板的容錯性。

如上圖所示,假設工程師還不確定是RX對TX還是RX對TX時,可以使用四個電阻來實現這兩種接法。(NC爲不接)

焊上R11和R14,不焊R12和R13時,是RX對RX,TX對TX的接法。

不焊R11和R14,焊上R12和R13時,是RX對TX,TX對RX的接法。

當調試通過後,再把這四個電阻去掉,並連上正確的接法。這樣既能保證工期,又不會出錯。

如果一個板子,不太確定用STM32的F103還是F407,此時,可以做成兼容設計。

如上圖所示,圓圈中可放置0R電阻,使用F103時,把0R焊上,電容不焊。使用F407時,把電容焊上,0R不焊。

特別是在目前的缺芯的情況下,很多都做國產替代。大部分是能做Pin2Pin的,萬一沒有P2P的,就需要做雙Layout設計。

當然,也可以預留其它電路,要舉一反三。

原理圖上常常出現NC和NF兩種字符,如下圖所示,是不接、不焊的意思。

NC=Not connect 不接。

NF=Not Fix 不安裝。

這個建議一定要在原理圖加上,否則到後期PCB Layout後,出BOM的時候忘記更新。就會出現多貼,輕則導致燒板當場發現,重則預留一個隱患到量產。

當然,NC也可以表示爲normal close常閉,在繼電器、接觸器上用的多。

要視具體情況來辨認。

很多時候一個電路不是一版就成功的。它會經歷很多版本,每個版本都有變更的地方。這時要明確地標註出來。

如上圖所示,明確地指出,V2版本把C12改成10uF,以便萬一出問題,容易追溯。同時輔助版本管理軟件(SVN或DigiPCBA,再簡單的Excel或軟件自帶的都可以),進行一些版本修改評論備註。方便後續版本出現問題時的回溯。

懸空引腳也要畫上X,方便評審檢查時的確認,否則會造成漏畫或不用的歧義。

很多時候,需求是不斷變化的。如果僅僅針對當前需求來設計,一旦將來有改動,又要重新打板。

所以,很有必要增加一些預留的引腳、電路,以便快速驗證整板的功能是否滿足新需求。如下圖所示,預留了一些IO口。

14、防呆設計

有一些接口是不防呆的,也就是存在兩種或多種接法。

如上圖所示,4P杜邦線(合在一起,沒有分開的),有兩種接法。1、紅黑白黃,2、黃白黑紅。

然後,該座子在原理圖上是上圖所示的定義,那麼會有一種接法導致電源接反,可能會燒壞元件。

如果原理圖是設計成這樣,則不會燒壞元件,因爲3.3V電源也就加在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。

也有另一種方法,對稱設計法。

如上圖所示,引腳的排列是對稱的,也就是無論怎麼接,都是沒問題的,只是成本會有所增加。

還有一種方法適用於直流電源的接口,一般是門禁系統用的多。

如上圖所示,增加一個整流橋,不管+13.4V和PGND怎麼接,在1、3引腳上都能產生正確的+12V和GND。

當然,這種方法也要考慮成本和功耗等。

一些模擬電路,需要標明信號的流向。

如上圖所示,標明瞭定向耦合器中的信號流向。

如果PCB不是你畫的話,可以在原理圖上標明PCB的走線規則或者建議。

如上圖所示,標明瞭一對差分線在PCB上的處理方法。

一旦用了\,就有可能被wire擋住,然後看不到,從而導致網絡可能連接不正確。可以考慮用#來表示取反。帶#號的網絡標號,就是低電平有效的。

如上圖,在做完原理圖設計後,千萬要記得進行編譯檢查,不要錯過每一個提示信息,包括警告信息。特別能檢查一些浮空的網絡和重複的位號等不易人工發現的低級錯誤。

並導入到PCB環境中看一下,檢查封裝是否正確,網絡是否有遺漏。

作爲一個電路設計者,一定要有對電路設計敬畏之心,這個體現在原理框圖要署名。同時需要注意的是,一個項目經常有多張原理圖,原理圖之間的版式大小也要統一,避免出現大版式A3或A2打印出來的圖紙看不清的狀況。

這裏的其他,就是一些和PCB對接的,比如:PCB絲印的,其中的細節也有不少,好的絲印設計,會讓整個PCB實物達到一種賞心悅目,心曠神怡的感覺。

如果大家感興趣,後面再更新一篇PCB絲印。

另:附上一份參考的資料文檔:入門pcb設計的正確姿勢:原理圖設計規範

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