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工程师技巧:如何将原理图符号改得简洁明了

工程师技巧:如何将原理图符号改得简洁明了-使你的原理图符号能够让人理解非常重要。有时用CAD软件包中预先做好的符号就可以了,但大多数符号并不太理想。CAD软件包含的上万种符号只是你重新绘制它们的基础。

  使你的原理图符号能够让人了解十分重要。有时用CAD软件包中预先做好的符号就能够了,但大多数符号并不太抱负。CAD软件包含的上万种符号仅仅你从头制造它们的根底。好的原理图应该有可猜测的信号流向。尽管许多半导体公司赚了许多钱,并供给许多支撑,但许多时分他们专心于芯片内部,而做不到正确的原理图流向。

  在我的上一篇文章的谈论栏中,有许多关于制造原理图符号的评论。使你的原理图符号能够让人了解十分重要。有时用计算机辅助规划(CAD)软件包中预先做好的符号就能够了,但大多数符号并不太抱负。请保证你的软件包能便利地创立符号,由于你或许得从头制造每个独自元件,以及创立新的元件。CAD软件包含的上万种符号仅仅你从头制造它们的根底。

  好的原理图应该有可猜测的信号流向。这个流向要求输入部分坐落左面和上边,输出部分坐落右边和下边。当然这并非铁板一块,但假如你期望其他工程师一眼就能了解你的原理图,遵从这个规矩就十分重要。假如我大声对你叫喊,“差异什么有做这样?”这种语法结构明显让人难明,但假如我按从右到左的次序说,“这样做有什么差异?”那么你立刻就能了解了。尽管许多半导体公司赚了许多钱,并供给许多支撑,但许多时分他们专心于芯片内部,而做不到正确的原理图流向(图1)。

图1:现在许多公司画的原理图符号仿照的是元件的引脚图,而不是信号流向。

  图1中的六反相器U1不是很有用。它将6个反相器组成在一个符号中,并且左面和右边都有输入输出。引脚长度也不需求那么长。U2这个符号略微好一些,输入都在左面,输出都在右边。像我这样一把年岁的人不喜爱五颜六色布景,由于通过六次是非复制黄色会变成黑色,然后让你无法看清任何东西。我创立的U3由不同元件组成(异构元件),包含6个相同的元件和表明电源与地的第7个元件。排阻RP1是十分愚笨的画法,当这些电阻应该处于原理图上不同方位时很简略把原理图弄得一团糟。RP2显现了异构元件在这种时分的效果。一些半导体公司选用ANSI符号画逻辑器材,这明显是由缺少剖析的线性思想的人创造的,而不是模仿工程师眼中的图形化思想(图2)。

图2:许多工程师都不喜爱ANSI/IEEE逻辑符号画法,这些符号几乎是非徒无益,而又害之。显现实践的逻辑符号稍好一些。CAD软件包中顺便的元件基本上是没有用的。较好的做法是将元件一分为二。更好的做法是将电源独立出来,这样就不会弄乱信号流向。模仿工程师最想要的是在元件内部略微画一些能表明其功用的图画。

  关于多元件封装来说(比方许多逻辑门),原理图符号需求分化开来,由于你很少会在原理图的同一个当地运用悉数这些元件。这个准则相同适用于双路或四路运放。元件符号能够选用德·摩根等效符号(图3)。我十分敬仰那些能够通过布尔表达式来了解电路作业的工程师,但我仍是喜爱图形化的表达方法——通过图形能够幻想坐落D锁存器中的比特,或许多路复用器中断语给定输入的引脚。

图3:早在1995年,OrCAD 9就答使用德·摩根等效符号表明与非(NAND)门。AlTIum/CircuitStudio能够让用户给元件分配不同的“形式”完结相同的使命。假如你想画一个“引脚上负下正”形式的运放符号就十分便利。若是没有等效符号,假如你想笔直翻转一个元件,也会把正电源放到下边,把地放到上边去。通过调用制造的德·摩根等效符号,你能够交流输入引脚,一同坚持电源和地的方位不变。处理这个问题的别的一种办法是制造一个具有独立电源的异构元件(U6)。现在你能够笔直翻转运放,将负引脚放到上面来。

  某个时代的原理图程序呈现于这样一个时期:PCB上大约有40个14引脚的逻辑芯片,每个芯片配一个去耦电容,再加上一个卡缘衔接器。在1985年,DOS OrCAD乃至不能画三角形。这是那个时代的限制,也是那个时代需求忧虑的事。其时许多公司觉得PCB上只要一个电源,即VCC(两个“C”代表“公共集电极”,由于一切这些逻辑门都馈送电源给许多晶体管的集电极)。因而PCB只需求VCC和地。CAD公司的程序员乃至以为不需求在芯片上显现电源引脚。他们仅仅创造了“零长度”引脚,然后地图规划程序会将一切相同姓名的引脚衔接在一同。程序员以为工程师运用最终生成网络表的原理图几乎太蠢了。

  提到地,“公共端”或“回流端”其实更恰当,除非你的电路衔接到墙上插座的大地引脚(图4)。我供认这仅仅个人喜爱,但我喜爱美国风格的电源和电阻符号,在晶体管和MOSFET上有个圆圈,且MOSFET清楚地指示了N沟道或P沟道类型。

图4:地、电源、电阻、晶体管和MOSFET等各种元件符号。

  我碰到过一位教授,假如他看到你在轿车收音机原理图上有大地符号,会给你不及格的断定。轿车底盘是一种不同的符号,不论AlTIum叫它大地,仍是你在大多数PCB上运用的三角符号,都意味着公共端或回流端。我个人的喜爱是运用箭头代表电源,我也没遇到过哪一位工程师喜爱R1和R2那样欧洲画法的电阻,乃至AlTIum里的可变电阻符号R3也没有含义,除非它有三个脚,或许在封装上把两个脚短接在一同。我也喜爱晶体管上的圆圈、短引脚、字母N或P明晰地显现MOSFET的类型,以及有助于显现管子类型的栅极引脚,能够翻转的P沟道类型,以便源极坐落上面,由于更多的正电源也在上面。我很赏识AlTIum/CircuitStudio显现体二极管。

  在现代规划中,电源和地引脚不行见带来的问题是,当地图封装的电源衔接错误时电路常常会烧掉。常常会烧。这是一个很严重的问题,由于你或许有多个带电源的层,而从头做PCB乃至从头建立原型是很困难的。依据这个理由,咱们许多人会把电源引脚明确地画出来。关于像四运放这样的多元件封装来说有三种办法来完成(图5)。榜首种办法是你能够将电源引脚画在每个元件上。第二种办法是只将电源引脚画在其间一个元件上,这时要保证将一切未用元件也都放到原理图上。第三种办法是将四运放规划成由5个元件组成的异构封装,包含4个独立的运放和一个独自的电源与地引脚元件。这种办法的长处是你能够将电源与地元件和一切去耦%&&&&&%放在一同。缺陷是你或许忘了放电源与地元件,由此带来的灾祸是器材没有供电而不是接错电源。一个技巧是将电源引脚作为封装中的榜首个元件,这样当你放置这个元件时榜首个放的便是电源。不论怎样,你都应该将一切元件都放到原理图中去,以便给未用元件适宜的偏置,避免它们发生振动。

图5:电源和地不要运用零长度的引脚。相反,最好在U1的每个元件上画出电源引脚。你也能够只在封装的某个元件上画电源引脚,但要保证一切元件都被放置,这样你就不会忘了衔接电源(U2)。U3封装则是运用了一个独自的“元件”来画电源和地。这样做的长处是你能够翻转运放,依据电路需求灵敏地将负引脚放在正引脚的上面或下面。

  十几年前Cadence的OrCAD中就有这些异构元件了,这种办法还能够将衔接器分化成若干块。这样做相同是为了坚持原理图的信号流向,保证每根线衔接正确的衔接器(图6)。现在你能够保证你的原理图流向是从左到右的,使得其他工程师了解起来愈加简略,也能让你在5年后再看时愈加简略了解。

图6:假如你将衔接器只画成一个元件符号,会使得原理图很乱(a)。通过运用OrCAD中的异构元件功用,或Altium/CircuitStudio中的元件“形式”,你能够将衔接器分化开来,以便原理图的流向更明晰更简略了解(b)。

  别的一个考虑是怎么将比方开关电源芯片这样的凌乱元件画明晰。即便你将输入移到左面,输出移到右边,依然很难了解这种元件的作业原理。针对这种状况,你能够在符号框中画一个简略的图,用来暗示这个元件的功用。纷歧定是数据手册中的框图,只需简略的表述,以便提示你和其他人这个元件是做什么的。

  还有其它一些原理图符号的常规,它们更多的是偏好,而不是好的规划准则。我很喜爱用圆圈将晶体管包围起来。需求重申的是,那些半导体工程师画的晶体管才没有圆圈。我以为圆圈十分有用。相同,我很喜爱当走线发生穿插时做一个小的跳接。这就引出了另一个重要规矩:没有4向结点。我见过一个传真过来的原理图,怎样都看不出走线是否仅仅穿插而不是衔接在一同。成果我猜错了,这浪费了我一天时刻。假如一切原理图都用跳接,“没有4向结点”规矩就没那么重要了。令我快乐的是,最新版别的Altium/CircuitStudio能够显现跳接,并能主动避免生成4向结点(图7)。

图7:像我这样的老人在走线间没有衔接联系时喜爱选用跳接的方法。需求留意的是,4向结点是原理图中的忌讳。Altium/CircuitStudio有发生跳接的选项,也有通过设置走线偏移消除穿插结点的功用,比方这个芯片的GND衔接处所示。留意,库元件的左面是输出,右边是输入,与你幻想的刚好相反。

  我的做法是运用输入在左面的规矩重画元件符号(图8)。我还运用了独立的电源与地符号,以便削减凌乱现象,究竟咱们关怀的是信号流向。大多数工程师了解555守时芯片内部的功用。但假如你不知道,或许你以为阅览该原理图的人不知道,那么你能够在元件内部画上一些或一切框图。Altium/CircuitStudio答应你在原理图符号上放置图片,因而我在网上找到一个很好的555守时器框图,通过一些纤细调整后我将它放进原理图符号中。我不得不遵从它们的引脚输出结构,因而原理图上有些跳接(图9)。

图8:修改图7中的555守时器,将输入放在左面,输出放在右边,这样原理图流向更明晰。独自的电源与地符号消除了走线的凌乱现象。

图9:你能够在元件内部画一个框图来展现它的功用。这能够像显现一个集电极开路输出相同简略,或许像显现开关电源芯片内部功用相同更凌乱一些。一些CAD软件包答应你将图画粘贴到元件符号内。

  这里有个要害点。你能够用整个原理图来表明元件内部功用,或许要是对元件内部功用不是很关怀的话,能够想让原理图更简捷。我的主意是适当在元件内画一些内容,比方集电极开路输出,但重要的是坚持整个原理图明晰有条理,人们看起来简略了解。

  好了,就剩最终一个模仿工程师的最爱了。在大学里,John Kuras常常恶作剧说功率晶体管应该用粗一点的线画得大一点。其时咱们都不以为然,但现在我的确喜爱用更大的符号显现TO-3巨型封装的晶体管(图10)。成为模仿工程师就得承受重要性准则,而更大的晶体管更重要,并且画起来更简略。

图10:每个人都能够看出来,右边的晶体管是一个功率晶体管。

  原理图符号偏好就像是音乐偏好,它们十分个性化。这是你作为工程师的一种风格。像跳接和晶体管上的圆圈等工作不是很重要,而比方输入在左面和上边、输出在右边和下边等工作则比较重要。咱们都在争辩怎么处理既有输入又有输出的总线。我以为地符号很重要。网上有篇使用笔记,那篇笔记以为假如你依据符号主张的那样将它衔接到大地,有或许烧坏二极管。

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