本书后续部分将详细介绍硬件设计流程的各个阶段。在此之前,本节将简单地介绍原理图设计时的注意事项。
原理图是电路设计的中间文件,虽然其并不直接用于指导生产,但却是连接设计理念和最终产品的关键纽带。
电子设计工程师是原理图的责任人,多数设计者认为原理图不过是生成网表的源文件,至于其设计风格则完全可以依个人喜好而定。
事实上,原理图在整个设计过程中,起着非常关键的作用。
首先,原理图是设计思想的体现,混乱的原理图只能代表混乱的设计思想。
第二,原理图是电子设计工程师与 PCB 设计工程师沟通的重要工具,当单板复杂到一定程度时,电子设计工程师不可能通过语言将所有PCB设计时需注意的细节都告知PCB设计工程师,例如,PCB 设计工程师从原理图获得网络连接关系表(简称网表),虽然知道各器件的连接关系,但却无法获得器件摆放位置等信息,在这种情况下,原理图的标注将成为重要的工具,一方面使 PCB 设计工程师对设计的要求一目了然,另一方面也能对电子设计工程师起到提醒作用,避免在设计、测试时遗忘某些关键细节。
第三,脉络清晰的原理图有助于提高调试、测试、生产等环节的效率。
由以上看来,原理图并不只是一份中间文件,为了得到一份优质的原理图,在设计的过程中,有许多事项需要注意。
(1)在原理图的首页,应绘制单板的总体框架图。若单板较复杂,还应根据需要,在后续页上绘制电源架构框图、时钟拓扑图、复位链路拓扑图、中断链路拓扑图、边界扫描链路图等。若单板的面板接口较多,建议增加一页用于面板图示。若I 2 C总线的拓扑较复杂,还需增加一页用于注释各I 2 C器件的地址。
(2)在原理图上电源电路的输出端附近,应标注该路电源的电压值和电流值。例如,图 1.3 中,由磁珠从 3.3V 分出四路 3.3V 的支路,各支路电流不同,在原理图上标注电流后,有助于PCB工程师把握在哪些支路应做加粗走线、增加电源过孔等处理。需说明的是,图 1.3 中括号包含的部分(如 200mA)只是注释,不属于网络名称的一部分。
图1.3 在原理图上标注各支路电源的电流值
(3)标注关键电流通路。例如,在图 1.4中,MOSFET 的源极和漏极两端的路径属于关键电流通路,在原理图上标注后,有利于PCB设计者对该路径引起重视,做加粗走线等处理。
图1.4 在原理图上标注关键电流通路
(4)绘制原理图时要兼顾在 PCB 设计中对器件布放位置的要求。在第 8 章将介绍阻抗匹配,阻抗匹配电路对器件的布放位置有一定的要求,例如,始端匹配电阻应靠近发送端器件放置,终端匹配电路应靠近接收端器件放置,在原理图的绘制中应体现这一原则。例如,U1 和U2 分别为发送、接收器件,R 为终端匹配电阻,在PCB 上应靠近U2 放置,则推荐按图1.5方式绘制原理图。有时,U1和U2位于原理图上不同的页,则推荐将R放置在U2的那一页上。
图1.5 原理图的绘制应兼顾PCB上器件的布放要求
(5)按照PCB上电容的排列顺序绘制原理图的电容滤波电路。某3.3V滤波电路要求,在PCB上,1μF电容应放置在最外边,随后是100μF、10μF、0.1μF,则对应的原理图部分应绘制如图1.6所示。
图1.6 原理图兼顾电容的布放顺序
(6)原理图上应标注关键信号的速率、走线层,若信号线之间有走线长度关系,也建议标注在原理图上。
(7)原理图上应标明高散热及热敏感器件,若有特殊的放置要求,也可在原理图上加以注释。
(8)对关键器件,在原理图上应标明其对应的料号、精度、尺寸等信息。这些关键器件包括保险管、分压电路中的电阻,电源滤波电路中的电感、磁珠、电容,电源电路中的电压及开关频率调节电阻、MOSFET、二极管、电压采样电阻等。
(9)在原理图上,应对跳线、选焊器件的配置方法等进行注释。
(10)在原理图上,应标注与背板连接的连接器、面板上LED指示灯的排列顺序。