本文介紹了減少原理圖中錯(cuò)誤的工具和實(shí)踐。

是否使用原理圖手工組裝電路，例如在面包板上，或用于生成印刷品電路板，它是電路物理生產(chǎn)中至關(guān)重要的一步。為了防止昂貴且耗時(shí)的調(diào)試，返工或修改PCB，原理圖應(yīng)在構(gòu)建電路或啟動(dòng)PCB布局之前盡可能準(zhǔn)確和完整。

本文介紹了多年來(lái)我用來(lái)減少錯(cuò)誤并生成準(zhǔn)確完整的原理圖的工具和實(shí)踐。我的經(jīng)驗(yàn)是使用更便宜或免費(fèi)的原理圖捕獲程序。我的世界充滿了OrCADs，KiCADs，Eagles和類(lèi)似的生物。

我沒(méi)有討論高端EDA套件中沒(méi)有遷移到低端工具的功能。

準(zhǔn)確的原理圖以精確和完整的符號(hào)開(kāi)始

無(wú)差錯(cuò)原理圖的基礎(chǔ)是精確的符號(hào)。精通原理圖捕獲軟件中的符號(hào)編輯器非常重要。即使您不必親自創(chuàng)建符號(hào)，也需要查看和檢查符號(hào)的屬性。讓我們通過(guò)準(zhǔn)確完整的符號(hào)來(lái)探索我的意思。

該部分的所有引腳都需要在符號(hào)中可見(jiàn)。如果部件上有44個(gè)引腳，則符號(hào)上應(yīng)該有44個(gè)引腳。我從不使用“看不見(jiàn)”的引腳，如電源和接地引腳。此外，始終顯示“無(wú)連接”引腳。我將討論兩種類(lèi)型的“無(wú)連接”。第一種類(lèi)型的“無(wú)連接”是永遠(yuǎn)不應(yīng)連接的引腳。它們可能未在部件內(nèi)連接，也可能被制造商用于測(cè)試。

本示意圖中的U3有三個(gè)引腳（9,10,15），它們永遠(yuǎn)不會(huì)連接并始終保持“打開(kāi)“。這個(gè)特殊的原理圖程序允許將”未連接“類(lèi)型作為符號(hào)的一部分分配給引腳。因此，這些引腳永久標(biāo)記有一點(diǎn)“x”。我給它們提供了唯一的名稱(chēng)，NC1，NC2等，如原理圖所示。原理圖程序通常允許重復(fù)的名稱(chēng)，例如“VCC”。但是，我總是通過(guò)在基本名稱(chēng)“NC”上添加一個(gè)數(shù)字來(lái)給出“No Connects”唯一名稱(chēng)。

第二種類(lèi)型的“無(wú)連接”是可以連接但未在特定設(shè)計(jì)中連接的引腳。例如，引腳5和6可以連接到某些東西，但在這種設(shè)計(jì)中，它們沒(méi)有連接。許多原理圖程序允許通過(guò)放置“未連接”原理圖符號(hào)（通常為“X”）來(lái)標(biāo)記未連接的引腳，作為原理圖的一部分。如果程序沒(méi)有“未連接”符號(hào)，則可以忽略打開(kāi)引腳產(chǎn)生的任何警告或錯(cuò)誤。

構(gòu)建精確符號(hào)的一個(gè)重要部分是為每個(gè)人分配正確的“電氣類(lèi)型”銷(xiāo)。這些引腳類(lèi)型由ERC或電氣規(guī)則檢查使用，稍后將對(duì)此進(jìn)行介紹。在引腳上添加“類(lèi)型”是通過(guò)如下所示的菜單完成的。電氣類(lèi)型選擇顯示引腳的典型電氣特性列表。

有時(shí)，選擇正確的類(lèi)型需要一點(diǎn)創(chuàng)造力。選擇最接近的那個(gè)。如果沒(méi)有選擇是有道理的，我經(jīng)常選擇“被動(dòng)”，它有效地繞過(guò)了ERC過(guò)程。并非所有程序都具有“未連接”類(lèi)型。如果不可用，我選擇一種類(lèi)型，如果它連接到某個(gè)東西，可能會(huì)導(dǎo)致ERC錯(cuò)誤。這取決于您如何設(shè)置ERC規(guī)則。

連接器，FPGA和微控制器是需要修改符號(hào)的部件，以便為許多引腳分配適當(dāng)?shù)碾姎忸?lèi)型，因?yàn)轭?lèi)型取決于設(shè)計(jì)。修改引腳類(lèi)型，因?yàn)?a target="_blank">信號(hào)分配給引腳。

創(chuàng)建符號(hào)的最后一步是找到一個(gè)沒(méi)有干擾的安靜的地方，并坐下來(lái)使用符號(hào)編輯器和數(shù)據(jù)表。我繞過(guò)每個(gè)部件，仔細(xì)檢查每個(gè)引腳是否有正確的編號(hào)，名稱(chēng)和電氣類(lèi)型。確保所有引腳都在那里。在完成原理圖時(shí)，最好將符號(hào)作為最終檢查的一部分進(jìn)行檢查。

在創(chuàng)建符號(hào)和最終檢查之間花些時(shí)間可以防止重復(fù)錯(cuò)誤。

電氣規(guī)則檢查

ERC或電氣規(guī)則檢查是一種實(shí)用程序，它根據(jù)一組規(guī)則查找不正確的連接。通常，規(guī)則尋找不兼容類(lèi)型的引腳之間的開(kāi)放引腳或連接。通常，規(guī)則使用“連接矩陣”指定。

以下是一個(gè)示例：

矩陣中有一行和一列可以分配給一個(gè)引腳。由行和列的交叉定義的每個(gè)引腳組合都被賦予規(guī)則。在這種情況下，矩陣中的綠色元素意味著允許兩種類(lèi)型的引腳之間的連接。 “W”在報(bào)告中生成警告。 “E”在報(bào)告中產(chǎn)生錯(cuò)誤。始終存在具有一組通用規(guī)則的默認(rèn)矩陣。但是，可能必須為您的電路更改矩陣。

ERC有局限性。所有部件上每個(gè)引腳的引腳類(lèi)型必須準(zhǔn)確且有意義。然后，規(guī)則矩陣必須對(duì)特定電路有意義。即使有限制，也可以在原理圖上運(yùn)行ERC！修改電路的規(guī)則矩陣并修改原理圖，直到所有警告和錯(cuò)誤消失為止。

如何檢查網(wǎng)絡(luò)列表

我總是執(zhí)行手動(dòng)掃描網(wǎng)表。關(guān)于這項(xiàng)檢查的必要性可能存在一些分歧，但我發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤通過(guò)了其他檢查。對(duì)我來(lái)說(shuō)，找到一個(gè)錯(cuò)誤值得付出努力。這是分解為步驟的技術(shù)。

步驟1：為所有網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)有意義的名稱(chēng)。

名稱(chēng)可以簡(jiǎn)短而且對(duì)設(shè)計(jì)人員有意義，但每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有唯一的指定名稱(chēng)。三到四個(gè)字母通常就足夠了。如果設(shè)計(jì)者未指定名稱(chēng)，則原理圖程序可能會(huì)也可能不會(huì)指定一個(gè)名稱(chēng)。這取決于網(wǎng)表格式。通常，為名稱(chēng)分配一個(gè)以“N”開(kāi)頭的數(shù)字。例如，“N0001234”。上面的示意圖為連接到U3的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)設(shè)計(jì)者生成的名稱(chēng)。

步驟2：查找網(wǎng)表格式。

您需要查找您的原理圖程序支持的格式，易于人類(lèi)閱讀。

這些格式似乎隨著時(shí)間的推移而消失，這是一個(gè)不幸的趨勢(shì)。尋找基本格式，例如“Wirelist”。在過(guò)去，“Wirelist”用于手動(dòng)連接電路。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單格式的例子。

“APD40”是網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)，它顯示從U77引腳2到U31引腳3的連接。引腳名稱(chēng)為A0和CP0，依此類(lèi)推。

步驟3：重命名任何名為的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)原理圖軟件。

查找并重命名由原理圖軟件分配名稱(chēng)的網(wǎng)絡(luò)，而不是由設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建的有意義名稱(chēng)。

在文本編輯器中打開(kāi)網(wǎng)表并搜索對(duì)于適當(dāng)?shù)奈谋咀址蚴謩?dòng)掃描網(wǎng)絡(luò)連接并查找自動(dòng)分配的名稱(chēng)。為這些網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建有意義的名稱(chēng)。重新構(gòu)建網(wǎng)表并再次搜索。繼續(xù)進(jìn)行，直到所有自動(dòng)分配的名稱(chēng)都消失。

步驟4：手動(dòng)掃描網(wǎng)表以查找錯(cuò)誤。

這需要一些練習(xí)和耐心但是在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤值得付出努力。例如，設(shè)計(jì)人員將知道特定網(wǎng)絡(luò)上的連接數(shù)。在上面的示例中，網(wǎng)絡(luò)“APD40”在網(wǎng)絡(luò)上有兩個(gè)連接，所有名稱(chēng)為“APDnn”的網(wǎng)絡(luò)都相似，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有兩個(gè)連接。如果沒(méi)有兩個(gè)連接，則存在問(wèn)題。電源和接地連接對(duì)于檢查這種方式尤為重要。例如，如果您知道十個(gè)引腳由名為VCC_5V的網(wǎng)絡(luò)供電，請(qǐng)?jiān)诰W(wǎng)表中查找十個(gè)連接。

分配有意義的網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)還有其他好處。它可以更容易地在錯(cuò)誤報(bào)告中找到網(wǎng)絡(luò)。它還可以更輕松地與PCB設(shè)計(jì)人員和項(xiàng)目中的其他人進(jìn)行通信。

交叉參考檢查

原理圖程序?qū)⒂幸环N方法來(lái)生成物料清單（BOM）或交叉參考報(bào)告。使用該報(bào)告檢查拼寫(xiě)錯(cuò)誤，格式錯(cuò)誤或缺失的參考指示符。

這是一個(gè)很好的做法，盡管不是絕對(duì)必要的，但是要有順序的參考指示符，沒(méi)有缺失的數(shù)字。這樣可以保持整潔，并防止項(xiàng)目中的其他人想知道某個(gè)部件是否可能丟失。如果由于某種原因維持順序編號(hào)是不可行的，您可以通過(guò)原理圖或BOM中包含的注釋識(shí)別跳過(guò)的參考標(biāo)志符來(lái)最小化混淆。

獎(jiǎng)金提示：網(wǎng)絡(luò)突出顯示

凈突出顯示是選擇網(wǎng)絡(luò)并使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以不同的顏色或厚度顯示的能力。此功能不在所有原理圖程序中。

突出顯示應(yīng)該貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)并顯示在所有工作表上。瀏覽整個(gè)原理圖并突出顯示網(wǎng)絡(luò)是手動(dòng)檢查連接的好方法。它對(duì)于檢查通常在多張紙上有很多連接的電源和接地網(wǎng)特別有用。以下是VCC突出顯示的上一個(gè)原理圖。

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PCB設(shè)計(jì)指南：從PCB原理圖到電路板布局