原理圖需要清晰地傳達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念和要求，不清晰的原理圖飽受詬病——缺少框圖、各區(qū)域之間沒有界限、缺乏清晰的注釋等。本文將介紹原理圖的必備元素和創(chuàng)建時(shí)的一般準(zhǔn)則，幫助大家提高工作之間的溝通效率。

1?

原理圖的普遍問題

原理圖大都不夠清晰。一個(gè)理想的原理圖應(yīng)該在瀏覽一遍之后，不需要拿出紙和筆進(jìn)行計(jì)算，就能夠從頭到尾理解設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。而事實(shí)上，有時(shí)我們不得不使用 KVL 和 KCL 反過來演算設(shè)計(jì)中各個(gè)元件相對(duì)于 PCB（以及整個(gè)項(xiàng)目）的位置。

采用這種反向的方法來推測(cè)上一位設(shè)計(jì)師的想法，雖然有助于鍛煉腦力，但卻有悖繪制原理圖的最初目的——讓設(shè)計(jì)師和其他工程師無需親自重新設(shè)計(jì)一遍，就可以理解設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

工程師通常專注于確保自己可以理解原理圖，并且能夠向其他相關(guān)方解釋設(shè)計(jì)內(nèi)容；但其實(shí)應(yīng)該不止如此。理想的原理圖理應(yīng)存在，它能夠幫助工程師更好地理解設(shè)計(jì)，而不是感到困惑。

2?

理想的原理圖

原理圖的真正目的是完整傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖：物理限制、熱考慮因素、功能、電氣特性、最終的 PCB 應(yīng)該是什么樣子等等。至少，設(shè)計(jì)流程應(yīng)該大致遵循從功耗到最終輸出的運(yùn)行流程。

下面讓我們從頭開始來構(gòu)建原理圖，呈現(xiàn)一個(gè)人人都可以讀懂的、原理圖設(shè)計(jì)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

3?

原理圖必備元素（最低限度）

原理圖的用途是傳達(dá)設(shè)計(jì)想法。為了能夠有效傳達(dá)，原理圖必須做到內(nèi)容清晰。歸根結(jié)底，這取決于繪制原理圖的人，而不是讀者。

要想讓原理圖更加合理，下面列出的每個(gè)元素不一定都是必須的；但在理想情況下，每個(gè)原理圖都應(yīng)該具備以下10個(gè)屬性：

1.封面

就像一本書的封面一樣，原理圖的封面讓人對(duì)其中的內(nèi)容一目了然。通過閱讀目錄，工程師能輕松瀏覽原理圖的內(nèi)容。完整的封面包括目錄、帶有頁碼的頁面描述，以及最終 PCB 的圖片或最終 PCB 的意圖。

很多人，特別是設(shè)計(jì) PCB 的客戶，希望預(yù)先知道最終產(chǎn)品是什么樣子的。這樣，他們更容易立即了解產(chǎn)品的范圍，并對(duì)最終產(chǎn)品有一個(gè)概念。

2.項(xiàng)目說明

封面描述了產(chǎn)品的整體概念，但我們還需要具體說明項(xiàng)目的目的、目標(biāo)、指標(biāo)以及封面沒有傳達(dá)的其他內(nèi)容。如果對(duì)項(xiàng)目中應(yīng)該進(jìn)行哪些工作產(chǎn)生分歧，我們可以隨時(shí)參考原理圖中的項(xiàng)目說明。

項(xiàng)目說明對(duì)硬件測(cè)試工程師、電子設(shè)計(jì)工程師以及項(xiàng)目中的任何利益相關(guān)者都很有用。這也使大家能夠保持一致，確保不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間做對(duì)項(xiàng)目無益的工作。

在原理圖中列明項(xiàng)目的范圍、意圖和要求，就不需要參考單獨(dú)的文件來了解需要做什么工作。制定范圍時(shí)可以參考項(xiàng)目管理系統(tǒng)或筆記中定義的項(xiàng)目說明。

最后，對(duì)項(xiàng)目具有高層次的理解，有助于輕松閱讀原理圖的其余部分。雖然解謎很有趣，但當(dāng)需要重新設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確度和理解程度極高的原理圖時(shí)，我們一定不想浪費(fèi)時(shí)間去理解項(xiàng)目的目的。

3.系統(tǒng)框圖

現(xiàn)在我們理解了項(xiàng)目的意圖和范圍，我們要重點(diǎn)關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目說明中設(shè)定的目標(biāo)。這時(shí)系統(tǒng)框圖就派上了用場(chǎng)。添加一個(gè)系統(tǒng)框圖，解釋實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和最終目標(biāo)所需的特征、功能和模塊。

【專業(yè)提示】在方框中添加高層次的要求說明。

4.功能框圖

高速 FPGA 電路板

根據(jù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，系統(tǒng)框圖和功能框圖可能是一體的；然而，兩者之間也有細(xì)微的區(qū)別。例如，系統(tǒng)框圖可能包括主產(chǎn)品周邊設(shè)備或物體，以及與之連接的外部電纜。而功能框圖的內(nèi)容則只限于產(chǎn)品。

功能框圖是一個(gè)層次較低的框圖，用于說明系統(tǒng)中的每個(gè)主要模塊將如何實(shí)現(xiàn)所需的功能。它展示了設(shè)計(jì)中的主要信號(hào)、可能的外部源（如來自編程代碼的關(guān)鍵信號(hào)），以及關(guān)鍵電壓和電流要求。

5.每個(gè)功能模塊的電子器件原理圖

接下來我們需要添加電路圖（原理圖），它將真正實(shí)現(xiàn)功能模塊中定義的內(nèi)容。當(dāng)知道電路和構(gòu)成電路的器件之后，就可以采購這些電子器件，構(gòu)建整個(gè)項(xiàng)目。

此時(shí)，我們可以開始為真正的設(shè)計(jì)成本確定價(jià)格和編制預(yù)算。一旦知道要用到哪些元件，就知道了對(duì)應(yīng)的價(jià)格，在還沒有設(shè)計(jì)出印刷電路板之前，就可以對(duì)電路板的價(jià)格進(jìn)行合理的預(yù)估。

6.符合一致標(biāo)準(zhǔn)的器件位號(hào)

如果我們只是擺放好了元件，但沒有一種統(tǒng)一的方式來指代它們，原理圖理解起來會(huì)非常艱難。因此，使用標(biāo)準(zhǔn)的字母數(shù)字器件位號(hào)，有助于快速了解原理圖上擺放的器件類型。器件位號(hào)讓我們無需查找每個(gè)元件，就能快速解讀原理圖。

7.機(jī)械/其他器件和元件

硬件產(chǎn)品通常包括電氣和機(jī)械元件，它們可能是電路板本身的一部分也可能不是，但卻是最終產(chǎn)品所需要的。

我們希望避免發(fā)生這樣的意外：拿到交付的 PCB 之后，卻無法將 PCB 安裝到外殼中，或者完全忘記了外殼。因此，我們需要將整個(gè)項(xiàng)目的所有部件記錄下來。可以把它們記錄在高層次文件或 PCB 文件中，但記錄在原理圖中更為合適。

8.準(zhǔn)確的元件庫

IPC-7351B 的主要作者、PCB libraries.com 的所有者 Tom Hausherr 說過：“完美的 PCB 設(shè)計(jì)始于 CAD 庫。”反過來說，在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，最耗時(shí)的問題就是 symbols 和 footprints 不匹配。當(dāng)已經(jīng)把設(shè)計(jì)交付給制造商的時(shí)候，如果 footprint 和器件編碼出錯(cuò)，就必然導(dǎo)致重做，可能需要幾個(gè)小時(shí)才能解決。有時(shí)，因?yàn)榕e(cuò)了幾個(gè)器件編碼和 footprint，會(huì)整整耽誤一個(gè)半星期。

所有元件都包含制造商的元件信息、PCB 焊盤圖案和元件上的功能引腳（例如，引腳是根據(jù)它們?cè)趯?shí)際物理設(shè)備上的排列方式來排序的）?；c(diǎn)時(shí)間在前期正確地創(chuàng)建元件，并驗(yàn)證所有信息是否正確。認(rèn)真完成前期工作有助于使 BOM 和 PCB 的創(chuàng)建更加順利。

9.變更說明和修訂說明

如果設(shè)計(jì)變更非常頻繁，工程團(tuán)隊(duì)可能會(huì)分不清各個(gè)設(shè)計(jì)版本。這種情況下，就要嚴(yán)重依賴于設(shè)計(jì)修訂和說明。要盡可能多地在設(shè)計(jì)中使用說明和修訂說明，這有助于減少問題。記錄得當(dāng)?shù)恼f明有助于我們快速找到設(shè)計(jì)和關(guān)鍵元件的差異。

10.標(biāo)題框

添加標(biāo)題框有助于我們了解當(dāng)前正在查看原理圖的哪個(gè)部分，以及項(xiàng)目的名稱。擁有標(biāo)題框也會(huì)讓原理圖顯得更加專業(yè)。請(qǐng)確保添加設(shè)計(jì)師姓名、公司名稱、文件創(chuàng)建日期、修改日期，以及設(shè)計(jì)名稱和具體的原理圖頁。

4?

創(chuàng)建原理圖時(shí)的一般準(zhǔn)則

溝通的目的是將想法從一個(gè)媒介傳遞到另一個(gè)媒介，而原理圖的目的便是傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖。為了達(dá)到這個(gè)目的，傳達(dá)需要易于理解、清晰且透明。這意味著設(shè)計(jì)需要有邏輯性，表現(xiàn)形式要一致，并附有大量的注釋說明。

建議：將下述準(zhǔn)則清單打印出來放在手邊，方便在設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)查看~

創(chuàng)建一個(gè)有邏輯性的流程

讓信號(hào)從左向右流動(dòng)：輸入在左邊，輸出在右邊。這種風(fēng)格既適用于高層次的圖紙，也適用于每個(gè)單獨(dú)的元件/模塊。

根據(jù)電路功能，將原理圖分成幾張。

如果合適的話，確保原理圖有層次性，并將其整合到高層次交互式原理圖版的系統(tǒng)框圖中。

根據(jù)功能，將類似的電路放在一起。例如，將電源電路放在同一頁/同一區(qū)域，將模擬電路放在同一頁/同一區(qū)域，數(shù)字電路也是如此。這樣可以方便其他人閱讀，利益相關(guān)者不必為了尋找不同的電源而在原理圖上到處搜尋。

將旁路和去耦電容放在各自的組中。

在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂蒙侠蛳吕?a target="_blank">電阻。

如果適用的話，添加一些圖形，用來表示電路部分和它需要控制或成為其一部分的物理對(duì)象之間的關(guān)系。即使是舊版本的 PCB 的一部分，也需要添加。

確保一致性并提高可讀性

使用 ASME Y14.44-2008 和 IEEE 315-1975 的標(biāo)準(zhǔn)化原理圖符號(hào)，幾乎所有 ECAD 軟件工具都具有這些標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)。

使用準(zhǔn)確的元件庫：確保原理圖符號(hào)上的引腳編號(hào)與物理元件和 PCB footprint 相符。

保持符號(hào)方向一致（水平或垂直）。

為所有網(wǎng)絡(luò)命名。

對(duì)于彼此分離的器件（電阻、電容、二極管、電感器等），包括數(shù)值、電壓和電流操作，以及符號(hào) footprint 尺寸代碼（如果適用，0603、0402 等）。

正確標(biāo)注設(shè)計(jì)中所有不同類型的接地參考（電源接地、信號(hào)接地），確保每種類型都有明顯不同的符號(hào)。

添加注釋說明，清楚傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖

解釋原理圖上的任何板外信號(hào)。可以在圖紙一角的圖例中添加注釋，或者在原理圖頁尾添加注釋。

對(duì)于單向的元件符號(hào)，可能需要在符號(hào)中添加信息，以防止元件反向安裝。

關(guān)鍵信息（高電壓和高電流）。

標(biāo)明原理圖上端口的原始/源頁編號(hào)。

切身體會(huì)

筆者在一次測(cè)試電子產(chǎn)品的過程中，當(dāng)檢查設(shè)計(jì)上的所有引腳時(shí)，電路原理圖打印件幾乎不能離手。但即使是這樣，原理圖上還是有一個(gè)模棱兩可的電源（通常是原理圖上最關(guān)鍵的部分）沒有注釋。

由于它不是一個(gè)帶按鍵的連接器（使用帶按鍵的電源連接器是明智的），我們的團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)冒著可能損壞系統(tǒng)/電路板的風(fēng)險(xiǎn)把電源連接器翻轉(zhuǎn)了過來。幸好電子設(shè)計(jì)師放了一個(gè)反向阻斷二極管來防止這個(gè)問題的發(fā)生。如果沒有那個(gè)二極管，那么這個(gè)價(jià)值 9000 美元的逆變器可能就會(huì)遭受輕微的電路板損壞。

雖然良好的原理圖是有幫助的，但如果有像 inspectAR 這樣的工具，我們當(dāng)時(shí)就不必隨身攜帶原理圖了。這樣可以節(jié)省很多時(shí)間，避免很多麻煩。

為攜帶大量電流的走線增加走線寬度。

確定高速線路的長(zhǎng)度匹配。

標(biāo)明需要具有受控阻抗的走線。

指定電阻的用途（上拉/下拉電阻）

記錄電容器的擺放（靠近微控制器或處理器的電源引腳）

記錄有意擺放的元件。這確實(shí)可以幫助 PCB layout 工程師節(jié)省一些時(shí)間，使他們不必在產(chǎn)品手冊(cè)中查看使用的哪些電容應(yīng)該放在靠近器件的地方。

5?

以上原理圖準(zhǔn)則能否幫助其他工程師？

作為工程師，我們每天都十分忙碌；因此，任何能夠幫助更快完成工作的舉措都很重要。原理圖將整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，是一種關(guān)鍵的設(shè)計(jì)工具。工程師和其他利益相關(guān)者要能夠完全理解原理圖，這一點(diǎn)是至關(guān)重要的，而且?guī)缀跏菑?qiáng)制性的要求。

有了完整的原理圖，當(dāng)其他工程師需要返工、修改或重新使用設(shè)計(jì)時(shí)，出現(xiàn)的問題和錯(cuò)誤會(huì)更少。PCB layout 工程師可以更輕松地把元件和導(dǎo)線擺放在 layout 中的最佳位置。測(cè)試可以快速進(jìn)行，不會(huì)因?yàn)樵韴D做得不好而出現(xiàn)諸多小插曲，從而有效地節(jié)省時(shí)間，避免出錯(cuò)。

把我們的原理圖當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的 PowerPoint 演示文稿，能夠有效地傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖，防止出錯(cuò)。簡(jiǎn)而言之，優(yōu)秀的原理圖可以節(jié)省時(shí)間，并且對(duì)每個(gè)人都有好處。

除了清晰的原理圖，簡(jiǎn)單易用的設(shè)計(jì)軟件更可以幫助PCB 測(cè)試高效進(jìn)行。inspectAR 軟件利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）以交互性的方式評(píng)估并改進(jìn) PCB 設(shè)計(jì)過程，輕松準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn) PCB 檢查、調(diào)試、返工和組裝。

上圖顯示了在 inspectAR 軟件中直接對(duì)器件添加注釋。利用AR技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過程中的任何時(shí)候?qū)蝹€(gè)器件、走線、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。