CAD原理圖引腳排列如何防止PCB設計復雜化

2021-02-04

成功實(shí)現印刷電路板設計的關(guān)鍵之一在于CAD原理圖引腳排列。

示意圖是基礎為整個(gè)設計; 它將與SPICE模型一起用于電路仿真，然后利用其組件和網(wǎng)絡(luò )信息來(lái)驅動(dòng)電路板的物理布局。該原理圖還將用于現場(chǎng)技術(shù)人員的測試，調試和工作，并用作設計的法律文檔。因此，原理圖必須可讀且功能可用，才能滿(mǎn)足所有這些要求。

通常，原理圖無(wú)法以其創(chuàng )建方式使用。這些圖紙可能看起來(lái)很完整，但是仔細檢查會(huì )發(fā)現很多問(wèn)題。錯誤創(chuàng )建的符號，沒(méi)有足夠間距的引腳和不可讀的字體只是在排列不良的原理圖中發(fā)現的一些錯誤。不允許出現此類(lèi)示意圖問(wèn)題，否則可能在以后的PCB布局，制造甚至最終系統中的電路板部署期間導致進(jìn)一步的復雜化。這里有一些關(guān)于在下一個(gè)PCB原理圖捕獲項目中安排數據的想法和建議，以防止此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。

生成符號時(shí)的CAD原理圖引腳排列

印刷電路板原理圖的主要目的是包含電路板的組件和網(wǎng)絡(luò )連接。為此，電路的組件信息將由原理圖上的唯一符號表示。以下是將使用的符號的一些示例：

兩引腳無(wú)源部件，例如電容器，電感器和電阻器

電阻器網(wǎng)絡(luò )等多部分封裝

二極管和晶體管

集成電路，可以通過(guò)數千個(gè)引腳連接到大型設備

連接器，范圍從單個(gè)引腳到數百個(gè)

電池，開(kāi)關(guān)，繼電器和感應裝置

散熱器，支架和安裝孔等機械零件必須接地

原理圖上使用的符號類(lèi)型將取決于設計的技術(shù)要求。也有創(chuàng )建這些符號的不同方法。例如，電阻器可以用對角線(xiàn)或簡(jiǎn)單的矩形表示。下圖顯示了原理圖中使用的許多更常見(jiàn)的符號。

該圖顯示了用于PCB設計的一系列原理圖符號

一些符號用于表示整個(gè)電子組件或僅表示部分組件（稱(chēng)為門(mén)）。例如，集成電路可以在原理圖上顯示為一系列單獨的門(mén)，也可以顯示為一個(gè)完整的組件，以矩形形狀繪制，并從中伸出多個(gè)引腳。原理圖上的每個(gè)符號也分配有一個(gè)唯一的參考標記，以同時(shí)對原理圖和CAD數據庫的用戶(hù)進(jìn)行標識。該名稱(chēng)通常是一個(gè)數字，該數字前面是分配的字母字符，具體取決于組件是什么。例如，電容器用“ C”表示，電阻用“ R”表示，集成電路用“ U”表示，電感用“ L”表示。 

符號的繪制方式對于原理圖的成敗也非常重要。原理圖必須能夠被工程師和技術(shù)人員正確閱讀。同時(shí)，它還必須能夠由CAD系統的人工智能正確解釋。為了滿(mǎn)足這兩個(gè)要求，在創(chuàng )建符號和排列引腳時(shí)使用行業(yè)標準至關(guān)重要。標準如IEEE 315-1975和IEC 60617包含電子符號應該是什么樣子的信息，以及它們的大小，字體和引腳間距。但是，原理圖符號的意義不僅僅在于外觀(guān)，我們接下來(lái)將詳細研究這些細節。

設置原理圖符號時(shí)的其他詳細信息

原理圖符號必須以易于閱讀的方式在CAD系統中工作，并以合理的方式布置其引腳。此外，引腳以及符號將具有許多屬性，以傳達電子性能和連接性。 

準確貼標簽針

可以將引腳命名并分配為電源或接地類(lèi)型，用于電路仿真，原理圖連接性和PCB布局。鍵入錯誤的引腳看上去可以接受，但在電路仿真和原理圖捕獲期間將返回錯誤的指示。如果不加以糾正，這些錯誤的屬性可能會(huì )導致電路連接不正確并損害電路板的性能。實(shí)際上，由于引腳類(lèi)型被錯誤地標記為“電源”，實(shí)際上有很多電路板測試的例子冒出來(lái)。

交換銷(xiāo)

可以分配給引腳的另一個(gè)屬性是與門(mén)或組件中的相似引腳交換的能力。例如，“與”門(mén)的兩個(gè)輸入可以互換，以提高它們在PCB布局中的布線(xiàn)能力。同樣，構建為單個(gè)門(mén)的IC符號也可以與組件中的其他相同門(mén)互換。引腳和柵極交換允許布局設計者將直接路徑布線(xiàn)到零件中，而不必向下布線(xiàn)到另一層來(lái)松開(kāi)連接。

在下面的圖片中，您可以看到花時(shí)間創(chuàng )建帶有整齊有序的引腳排列的原理圖符號的結果。接下來(lái)，我們將研究一些與整個(gè)原理圖相同的方法。

PCB設計中原理圖符號上整齊有序的引腳排列

組件放置和網(wǎng)絡(luò )連接：排列有序原理圖

生成有序原理圖的第一個(gè)建議是開(kāi)發(fā)一個(gè)符號庫，如果您還沒(méi)有的話(huà)可以使用。我們已經(jīng)看到了使用高質(zhì)量，可用的原理圖符號的重要性，但是太多的設計人員不會(huì )將這項工作保存在庫中供以后使用。結果，他們最終要一遍又一遍地重建相同的符號，這需要時(shí)間，并且會(huì )引入更多的錯誤機會(huì )。但是，在圖書(shū)館系統中，這些符號將節省時(shí)間并標準化未來(lái)的工作。

一旦準備好使用這些符號，您就可以開(kāi)始開(kāi)發(fā)原理圖電路。在原理圖捕獲期間，請牢記以下一些想法：

使用易于遵循的邏輯流程布置原理圖電路。

給您自己騰出空間來(lái)連接將在引腳之間穿過(guò)的網(wǎng)絡(luò )。

另外，請確保您有足夠的空間，以便可以輕松讀取引腳號和網(wǎng)絡(luò )名稱(chēng)。

不要害怕在電路板上四處移動(dòng)電路塊，以便為新零件和電路網(wǎng)騰出空間。這里的目標是使原理圖所有人都能使用，而不是節省紙張。

請花一些時(shí)間瀏覽原理圖，并確保所有參考標號和其他文本均可讀且不會(huì )被其他原理圖對象覆蓋。

除了其電氣連接性，原理圖還提供了有關(guān)電路板法律方面的重要文檔。它必須包含公司聯(lián)系方式和版權信息，以及日期，部件號和修訂版。許多原理圖還將保留一節或工作表，以保留電路板的布局和制造所需的注釋和重要信息。在最終確定原理圖并準備好進(jìn)行PCB布局時(shí)，必須包括所有這些詳細信息。

Allegro的Design Entry系統中的示意圖顯示了約束管理器

使用原理圖驅動(dòng)PCB布局

開(kāi)發(fā)有序原理圖的最后一步是為它準備設計物理電路板所需的規則和信息。PCB布局受設計規則支配，這些規則指定走線(xiàn)的寬度和空間，以及緊密的組件如何放置在一起，以及許多其他設計約束。這些規則可以附加到單個(gè)組件和網(wǎng)絡(luò )，也可以附加到組件和網(wǎng)絡(luò )的組。通常，可以從原理圖中添加這些規則及其分配，以便設計工程師可以為敏感網(wǎng)絡(luò )分配特定的約束。Cadence Allegro的設計輸入系統就是一個(gè)很好的例子，可以從原理圖中訪(fǎng)問(wèn)約束管理器以設置這些規則和約束（如上圖所示）。

接下來(lái)，將檢查原理圖以確保已準備好進(jìn)行物理電路板布局。首先，原理圖中使用的所有符號都將與正確的布局元件足跡相關(guān)聯(lián)。然后將運行驗證過(guò)程，以確保原理圖和布局數據庫之間沒(méi)有任何錯誤。完成此操作后，將傳輸原理圖中的連接信息，以便可以開(kāi)始電路板的物理布局。