如何将原理图符号画得通俗易懂？

好的原理图应该有可预测的信号流向。这个流向要求输入部分位于左边和上边，输出部分位于右边和下边。当然这并非铁板一块，但如果你希望其他工程师一眼就能理解你的原理图，遵循这个规则就非常重要。如果我高声对你喊叫，“区别什么有做这样？”这种语法结构显然让人难懂，但如果我按从右到左的顺序说，“这样做有什么区别？”那么你马上就能理解了。虽然许多半导体公司赚了很多钱，并提供很多支持，但很多时候他们专注于芯片内部，而做不到正确的原理图流向(图1)。
 

 

图1中的六反相器U1不是很实用。它将6个反相器合成在一个符号中，并且左边和右边都有输入输出。引脚长度也不需要那么长。U2这个符号稍微好一些，输入都在左边，输出都在右边。像我这样一把年纪的人不喜欢彩色背景，因为经过六次黑白拷贝黄色会变成黑色，从而让你无法看清任何东西。我创建的U3由不同元件组成(异构元件)，包括6个相同的元件和表示电源与地的第7个元件。排阻RP1是非常愚蠢的画法，当这些电阻应该处于原理图上不同位置时很容易把原理图弄得一团糟。RP2显示了异构元件在这种时候的作用。

 

图2：许多工程师都不喜欢ANSI/IEEE逻辑符号画法，这些符号简直是非徒无益，而又害之。显示实际的逻辑符号稍好一些。CAD软件包中附带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。模拟工程师最想要的是在元件内部稍微画一些能表示其功能的图案。

图3：早在1995年，OrCAD 9就允许用德·摩根等效符号表示与非(NAND)门。

某个年代的原理图程序出现于这样一个时期：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，再加上一个卡缘连接器。在1985年，DOS OrCAD甚至不能画三角形。这是那个年代的局限，也是那个年代需要担心的事。当时许多公司觉得PCB上只有一个电源，即VCC(两个“C”代表“公共集电极”，因为所有这些逻辑门都馈送电源给许多晶体管的集电极)。因此PCB只需要VCC和地。CAD公司的程序员甚至认为不需要在芯片上显示电源引脚。他们只是发明了“零长度”引脚，然后版图设计程序会将所有相同名字的引脚连接在一起。程序员认为工程师使用最后生成网络表的原理图简直太蠢了。

图4：地、电源、电阻、晶体管和MOSFET等各种元件符号。
在现代设计中，电源和地引脚不可见带来的问题是，当版图封装的电源连接错误时电路经常会烧掉。经常会烧。这是一个很严重的问题，因为你可能有多个带电源的层，而重新做PCB甚至重新搭建原型是很困难的。基于这个理由，我们许多人会把电源引脚明确地画出来。对于像四运放这样的多元件封装来说有三种方法来实现(图5)。第一种方法是你可以将电源引脚画在每个元件上。第二种方法是只将电源引脚画在其中一个元件上，这时要确保将所有未用元件也都放到原理图上。第三种方法是将四运放设计成由5个元件组成的异构封装，包括4个独立的运放和一个单独的电源与地引脚元件。这种方法的优点是你可以将电源与地元件和所有去耦电容放在一起。缺点是你可能忘了放电源与地元件，由此带来的灾难是器件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第一个元件，这样当你放置这个元件时第一个放的就是电源。不管怎样，你都应该将所有元件都放到原理图中去，以便给未用元件合适的偏置，防止它们发生振荡。

相反，最好在U1的每个元件上画出电源引脚。你也可以只在封装的某个元件上画电源引脚，但要确保所有元件都被放置，这样你就不会忘了连接电源(U2)。U3封装则是使用了一个单独的“元件”来画电源和地。这样做的优点是你可以翻转运放，根据电路需要灵活地将负引脚放在正引脚的上面或下面。

图6：如果你将连接器只画成一个元件符号，会使得原理图很乱(a)。通过使用OrCAD中的异构元件功能，或Altium/CircuitStudio中的元件“模式”，你可以将连接器分解开来，以便原理图的流向更清晰更容易理解(b)。

还有其它一些原理图符号的惯例，它们更多的是偏好，而不是好的设计原则。我很喜欢用圆圈将晶体管包围起来。需要重申的是，那些半导体工程师画的晶体管才没有圆圈。我认为圆圈非常有用。同样，我很喜欢当走线发生交叉时做一个小的跳接。这就引出了另一个重要规则：没有4向结点。我见过一个传真过来的原理图，怎么都看不出走线是否只是交叉而不是连接在一起。结果我猜错了，这浪费了我一天时间。如果所有原理图都用跳接，“没有4向结点”规则就没那么重要了。令我高兴的是，最新版本的Altium/CircuitStudio可以显示跳接，并能自动防止生成4向结点(图7)。

我的做法是使用输入在左侧的规则重画元件符号(图8)。我还使用了独立的电源与地符号，以便减少杂乱现象，毕竟我们关心的是信号流向。大多数工程师理解555定时芯片内部的功能。但如果你不知道，或者你认为阅读该原理图的人不知道，那么你可以在元件内部画上一些或所有框图。Altium/CircuitStudio允许你在原理图符号上放置图片，因此我在网上找到一个很好的555定时器框图，经过一些细微调整后我将它放进原理图符号中。我不得不遵循它们的引脚输出结构，因此原理图上有些跳接(图9)。

图9：你可以在元件内部画一个框图来展示它的功能。这可以像显示一个集电极开路输出一样简单，或者像显示开关电源芯片内部功能一样更复杂一些。一些CAD软件包允许你将图像粘贴到元件符号内。

好了，就剩最后一个模拟工程师的最爱了。在大学里，John Kuras经常开玩笑说功率晶体管应该用粗一点的线画得大一点。当时我们都嗤之以鼻，但现在我确实喜欢用更大的符号显示TO-3巨型封装的晶体管(图10)。成为模拟工程师就得接受重要性原则，而更大的晶体管更重要，而且画起来更容易。

 

原理图符号偏好就像是音乐偏好，它们非常个性化。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事情不是很重要，而诸如输入在左边和上边、输出在右边和下边等事情则比较重要。我们都在争论如何处理既有输入又有输出的总线。我认为地符号很重要。网上有篇应用笔记，那篇笔记认为如果你根据符号建议的那样将它连接到大地，有可能烧坏二极管。

<font "="" style="word-wrap: break-word;" face="myFont, ">你又有怎样的想法和风格?