良好的電路圖具有可預(yù)測(cè)的流程，這不是定律，但如果你想讓其他PCB設(shè)計(jì)工程師一眼就能看懂你的電路圖，這就非常重要。
在我上一篇文章的評(píng)論部分，有一些關(guān)于繪制電路圖符號(hào)的討論，讓你的電路圖符號(hào)容易被理解是件重要的事。有時(shí)候你的電腦輔助設(shè)計(jì)(computer aided design，CAD)套件內(nèi)的預(yù)先提供的符號(hào)就可以使用，然而大多數(shù)的時(shí)候無法運(yùn)作。確認(rèn)你有一個(gè)套件讓符號(hào)建立變得容易，因?yàn)槟阌袝r(shí)不得不重新繪制每一個(gè)元件，以及建立你將使用的新元件符號(hào)。CAD套件內(nèi)的數(shù)萬個(gè)符號(hào)只是重新繪制時(shí)的一個(gè)開始。
良好的電路圖具有可預(yù)測(cè)的流程，該流程需要把輸入端放在左側(cè)與上方，而輸出端在右側(cè)與下方。這不是定律，但如果你想讓其他PCB設(shè)計(jì)工程師一眼就能看懂你的電路圖，這就非常重要。我可以大聲跟你說：「這樣做差在哪？！」意思是如果我的流程圖從左到右開始，「會(huì)有什么差別？」你可以馬上了解。半導(dǎo)體公司賺了這么多錢，并提供這么多的支援，有時(shí)候它們只想專注在元件本身，而不是流程。到目前為止，一些公司畫出它們的電路圖符號(hào)來模擬元件的接腳(pin-out)，而不是訊號(hào)流程(signal flow)，如圖1。
圖1 半導(dǎo)體元件供應(yīng)商所畫的電路圖符號(hào)是模擬元件的接腳圖，而非訊號(hào)流程。
圖1中，六頻逆變器(hex inverter)U1不是非常有用，它將六個(gè)元件組合成一個(gè)符號(hào)，左右側(cè)都有輸入端和輸出端，接腳長(zhǎng)度比他們需要的還長(zhǎng)。U2的符號(hào)較好一點(diǎn)，輸入端在左側(cè)，輸出端在右側(cè)。像我這樣一把年紀(jì)的人不喜歡彩色襯底，因?yàn)楹诎琢杏「北竞蠖紩?huì)讓黃色變成黑色，變得很難看得清楚。我設(shè)計(jì)了U3作為異質(zhì)元件(heterogeneous part)，它有六個(gè)元件，以及顯示電源和接地的第七個(gè)元件，電阻RP1(Resistor pack RP1)是愚蠢的設(shè)計(jì)畫法，因?yàn)楫?dāng)電阻分布在圖上的各個(gè)地方時(shí)，你并不想弄亂你的電路圖。RP2顯示異質(zhì)元件如何做到這一點(diǎn)。
一些半導(dǎo)體公司采用了ANSI符號(hào)來說明邏輯關(guān)系，這顯然是由需要分析的線性思考者所發(fā)明的，并不符合以圖像思考的類比PCB設(shè)計(jì)工程師的需求 (圖2)。
圖2 許多PCB設(shè)計(jì)工程師不喜歡ANSI/IEEE邏輯符號(hào)的畫法，甚至認(rèn)為比無用的符號(hào)還糟，標(biāo)示明確的邏輯符號(hào)比那些無用的符號(hào)更好。
所謂無用是由元件置入CAD套件中的方式判定，較好的方法是將元件分成兩半，更好的方法是把電源符號(hào)分開放在另外一個(gè)部分，這樣你就不會(huì)搞混訊號(hào)流程。一個(gè)類比PCB設(shè)計(jì)工程師只需要一些簡(jiǎn)單的元件繪制說明，了解到底是怎么運(yùn)作的。
對(duì)于多元件封裝(multi-part packages)來說，如同許多邏輯閘(Logic Gate)，需要將電路圖符號(hào)分開，因?yàn)槟愫苌僭陔妶D中看到它們被放在同一個(gè)地方。這同樣適用于雙通道運(yùn)算放大器(dual op amps)或四通道運(yùn)算放大器(quad op amps)。元件符號(hào)可采用德摩根等效視圖(DeMorgan equivalent view)來表示(圖3)。我很佩服可以看懂Boolean表達(dá)電路設(shè)計(jì)方式的PCB設(shè)計(jì)工程師，但我還是傾向以圖形表示，這樣的話我可以想像這些元件在D型閂鎖器(D-Latch)里的樣子，或多工器(multiplexor)中顯示輸入端的接腳。
圖 3 OrCAD 9在 1995年起采用反及閘 (NAND gate)的德摩根等效視圖。
電源接腳上下顛倒
事實(shí)上，Altium/CircuitStudio讓元件可透過不同的「模式」來做同樣的事情，如果你要使運(yùn)算放大器符號(hào)具有負(fù)極接腳在正極接腳上方的模式，這會(huì)變得很方便。沒有等效符號(hào)(equivalent symbol)時(shí)，如果你垂直翻轉(zhuǎn)零件，它會(huì)把電源正極(plus power)放在下面，而電源負(fù)極(接地，ground)符號(hào)放在上面。若采用你繪制的德摩根等效視圖，你在置換輸入接腳的同時(shí)，讓電源和接地符號(hào)維持原本應(yīng)該在的位置。解決這個(gè)問題的另一種方法是使用具有獨(dú)立功率(U6)的異質(zhì)元件，然后你可以垂直地翻轉(zhuǎn)放大器并把負(fù)極接腳放在上方。
談到某個(gè)年代的電路程序設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)印刷電路板(PCB)還只有40個(gè)14根接腳去藕電容的邏輯晶片，和卡緣連接器(edge-card connector)。在1985年，DOS OrCAD甚至不能繪制三角形，這是當(dāng)時(shí)普遍的困擾之處。許多公司認(rèn)為在印刷電路板上只有一個(gè)電源正極(VCC)，這兩個(gè)「C」代表「共集極(common collector)」，所有這些邏輯閘供電給許多電阻的集電極，所以會(huì)看見電池正極(VCC)和接地(接電源負(fù)極)這兩個(gè)符號(hào)。CAD的程序設(shè)計(jì)師認(rèn)為沒有必要在IC上顯示電源接腳，他們用「零長(zhǎng)度(zero length)」接腳來代替，然后PCB布線設(shè)計(jì)時(shí)也將這些接腳取相同的名字。程序設(shè)計(jì)師認(rèn)為當(dāng)一切都?xì)w結(jié)到網(wǎng)表(netlist)時(shí)，PCB設(shè)計(jì)工程師使用電路圖是愚蠢的。
說到接地，用「公共(common)」或「回流(return)」來表達(dá)更精確，除非你的電路連接到墻上插座的大地接地接腳(earth ground pin)，如圖 4。我承認(rèn)這只是個(gè)人喜好，但我喜歡美式電源和電阻符號(hào)，在電阻和MOSFET的圓圈旁有清楚的N或P通道類型的標(biāo)示。
圖 4 接地、電源、電阻、電晶體和 MOSFET等各種元件的符號(hào)。
我以前遇過一個(gè)教授，如果你在汽車收音機(jī)的電路圖上顯示大地接地符號(hào)，會(huì)把你當(dāng)?shù)簟Ｓ迷谄嚨妆P是不同的符號(hào)，盡管Altium稱它為大地(Earth)，然而你大部份在PCB板上標(biāo)示的應(yīng)該是三角形符號(hào)，意味著公共或回流。我個(gè)人偏好使用箭頭表示電源，我從來沒有遇到過一個(gè)喜歡用歐洲式畫法，像是R1和R2來定義電阻器的PCB設(shè)計(jì)工程師，甚至Altium為R3符號(hào)來表示電位器也沒有任何意義，除非它有三個(gè)接腳，或是元件封裝(footprint)將兩個(gè)接腳短接起來。我也喜歡使用圓形來表示電晶體(transistor)、短接腳(short pins)，用字母N或P來清楚表示MOSFET的類型，并且繪制閘極接腳以更清楚地表達(dá)。我也會(huì)使用翻轉(zhuǎn)的P通道，將源極(source)標(biāo)示在上方，這里是電源正極通過的地方。我對(duì)于Altium/CircuitStudio在本體二極體(Body Diode)的標(biāo)示設(shè)計(jì)上，給予好評(píng)。
在現(xiàn)今的設(shè)計(jì)中，看不見電源和接地接腳所產(chǎn)生的問題是，總是會(huì)看到電路布線被錯(cuò)誤地連接，讓你一直疲倦不堪。這是一個(gè)常發(fā)生的大問題，由于板面(plane)上可能會(huì)配置電源，所以重新繪制電路板，即使是一個(gè)原型(prototype)，都非常困難。因此，我們當(dāng)中的許多人繪制電源接腳時(shí)會(huì)明確地標(biāo)示。有三種方法標(biāo)示多元件封裝，如四通道運(yùn)算放大器(quad opamps)，如圖5。第一，您可以在每個(gè)元件畫上電源接腳；第二，可以只在一個(gè)元件上畫上電源接腳，并確認(rèn)放上所有備用元件(spares)；第三，可以將四通道運(yùn)算放大器繪制為五個(gè)元件組成的異質(zhì)封裝，將每個(gè)四通道運(yùn)算放大器當(dāng)作一個(gè)元件，然后將電源和接地接腳與其分開標(biāo)示。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，可以將電源和接地元件與所有去藕電容器放在一起。缺點(diǎn)是你可能會(huì)忘記畫上那部分，然后一樣地發(fā)生悲劇，那個(gè)元件會(huì)無法接電，而不是接錯(cuò)電源。一個(gè)訣竅是使電源接腳成為封裝的第一個(gè)元件，這樣當(dāng)你去放置它時(shí)會(huì)最先顯示出來。你應(yīng)該先放上所有的元件，然后才能你可以加偏壓(bias)在未使用到的元件上，使它們不振蕩。
圖5 多元件封裝的四通道運(yùn)算放大器的三種標(biāo)示法。
圖5中，繪制電源和接地符號(hào)時(shí)，不要使用零長(zhǎng)度的接腳。相反地，繪制電源接腳時(shí)，如果你想要的話，可以畫在每個(gè)元件上(U1)。否則，你只能在套件上的一個(gè)元件繪制電源接腳，但務(wù)必放置所有元件，以便記得要連接電源(U2)。使用U3，你繪制一個(gè)有單獨(dú)元件的套件，此元件有電源與接地符號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)你翻轉(zhuǎn)運(yùn)算放大器時(shí)，能使負(fù)極接腳如電路規(guī)定的那樣放在電源正極的上方或下方。
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