原理图设计规范修改汇总.docx
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原理图设计规范修改汇总
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2011/03/07
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第1章硬件原理图设计规范
1.1目的
原理图设计是产品设计的理论基础,设计一份规范的原理图对设计PCB、跟机、做客户资料具有指导性意义,是做好一款产品的基础。
原理图设计基本要求:
规范、清晰、准确、易读。
制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风和严肃、认真的工作态度,增强硬件开发人员的责任感和使命感,提高工作效率和开发成功率,保证产品质量。
1.2基本原则
1.2.1确定需求
详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求等,这些要求有助于我们器件选型和电路的设计。
1.2.2确定核心CPU
根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU进行选型,CPU选型有以下几点要求:
●性价比高;
●容易开发:
体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多;
●可扩展性好。
1.2.3参考成功案例
针对已经选定的CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计,一般CPU生产商或他们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证,厂家公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考他们设计的外围电路有可推敲的地方,CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读CPU芯片手册和勘误表,或者找厂商确认。
另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的,但要注意一点,现在很多CPU都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计。
1.2.4对外围器件选型
根据需求对外设功能模块进行元器件选型,元器件选型应该遵守以下原则:
●普遍性原则:
所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷偏芯片,减少风险;
●高性价比原则:
在功能、性能、使用率都相近的情况下,尽量选择价格比较好的元器件,减少成本;
●采购方便原则:
尽量选择容易买到,供货周期短的元器件;
●持续发展原则:
尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件;
●可替代原则:
尽量选择pintopin兼容种类比较多的元器件;
●向上兼容原则:
尽量选择以前老产品用过的元器件;
●资源节约原则:
尽量用上元器件的全部功能和管脚。
1.2.5设计外围电路
对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改,修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计,如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的,那么基本可以放心参照设计,但即使只有一个参考设计与其他的不一样,也不能简单地少数服从多数,而是要细读芯片数据手册,深入理解那些管脚含义,多方讨论,联系芯片厂技术支持,最终确定科学、正确的连接方式,如果仍有疑义,可以做兼容设计。
这是整个原理图设计过程中最关键的部分,我们必须做到以下几点:
●对于每个功能模块要尽量找到更多的成功参考设计,越难的应该越多,成功参考设计是“前人”的经验和财富,我们理当借鉴吸收,站在“前人”的肩膀上,也就提高了自己的起点;
●要多向权威请教、学习,但不能迷信权威,因为人人都有认知误差,很难保证对哪怕是最了解的事物总能做出最科学的理解和判断,开发人员一定要在广泛调查、学习和讨论的基础上做出最科学正确的决定;
●如果是参考已有的老产品设计,设计中要留意老产品有哪些遗留问题,这些遗留问题与硬件哪些功能模块相关,在设计这些相关模块时要更加注意推敲,不能机械照抄原来设计。
1.2.6设计时遵循的基本原则
硬件原理图设计还应该遵守一些基本原则,这些基本原则要贯彻到整个设计过程,虽然成功的参考设计中也体现了这些原则,但因为我们可能是“拼”出来的原理图,所以我们还是要随时根据这些原则来设计审查我们的原理图,这些原则包括:
●数字电源和模拟电源分割;
●数字地和模拟地分割,单点接地,数字地可以直接接机壳地(大地),机壳必须接大地;
●各功能块布局要合理,整份原理图需布局均衡.避免有些地方很挤,而有些地方又很松,同PCB设计同等道理;
●可调元件(如电位器),切换开关等对应的功能需标识清楚;
●重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能;
●元件参数/数值务求准确标识.特别留意功率电阻一定需标明功率值,高耐压的滤波电容需标明耐压值;
●保证系统各模块资源不能冲突,例如:
同一I2C总线上的设备地址不能相同,等等;
●阅读系统中所有芯片的手册(一般是设计参考手册),看它们的未用输入管脚是否需要做外部处理,如果需要一定要做相应处理,否则可能引起芯片内部振荡,导致芯片不能正常工作;
●在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便,或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计,这点需要硬件设计人员懂得底层软件开发调试,要求较高;
●功耗问题;
●产品散热问题,可以在功耗和发热较大的芯片增加散热片或风扇,产品机箱也要考虑这个问题,不能把机箱做成保温盒,电路板对“温室”是感冒的;还要考虑产品的安放位置,最好是放在空间比较大,空气流动畅通的位置,有利于热量散发出去。
1.2.7原理图审核
硬件原理图设计完成之后,设计人员应该按照以上步骤和要求首先进行自审,自审后要达到有95%以上把握和信心,然后再提交他人审核,其他审核人员同样按照以上要求对原理图进行严格审查,如发现问题要及时进行讨论分析,分析解决过程同样遵循以上原则、步骤。
1.2.8设计基本要求
只要开发和审核人员都能够严格按以上要求进行电路设计和审查,我们就有理由相信,所有硬件开发人员设计出的电路板一版成功率都会很高的,所以提出以下几点:
●设计人员自身应该保证原理图的正确性和可靠性,要做到设计即是审核,严格自审,不要把希望寄托在审核人员身上,设计出现的任何问题应由设计人员自己承担,其他审核人员不负连带责任;
●其他审核人员虽然不承担连带责任,也应该按照以上要求进行严格审查,一旦设计出现问题,同样反映了审核人员的水平、作风和态度;
●普通原理图设计,包括老产品升级修改,原则上要求原理图一版成功,最多两版封板,超过两版将进行绩效处罚;
●对于功能复杂,疑点较多的全新设计,原则上要求原理图两版内成功,最多三版封板,超过三版要进行绩效处罚;
●原理图封板标准为:
电路板没有任何原理性飞线和其他处理点;
●每张原理图都需有公司的标准图框,并标明对应图纸的功能,文件名,制图人名/确认人名,日期,版本号;
●对于我们目前重点设计的相关模拟电路产品,没有主用芯片、外围芯片以及芯片与芯片之间的连接方面的问题。
所以,元器件的选项尤为重要,对于硬件设计的一些基本原则一定要注意。
1.3版面设计
1.3.1图幅
我们打开软件,新建一个原理图。
图幅的确定原则:
常用图幅为A4、A3、A2,并有标准格式的图框。
其中每一图幅可根据方向分为Landscape(纵向)及Portrait(横向)。
在选用图纸时,应能准确清晰的表达区域电路的完整功能。
若标准的图幅规格不能满足要求,则可以自定义图幅大小,自定义图幅在满足要求的前提下尽量做到美观(长宽比例适中)。
图1.1定义图幅大小
说明:
栅格(Grid):
其每一步大小(Snap)和图面显示的每一格大小(visib)均为5,或5的倍数值。
这个地方的设置为公司强制要求,不能为了方便把它设为1或2等非5的整数倍的值。
这样放置原理图元件时元件就放在5的整数倍格点上了,可以减少因此而产生的错误。
电栅格:
这栏的栅格设为4(默认值)。
这是为了放置网络标号和电气连接在栅格范围内自动寻找电气节点。
图纸类型选A4、A3、A2,A类型的图纸比较适合打印。
如果不能选这几种图纸,也应该自定义为A类型的比例的图纸。
我们设置软件的参数时,如果不是必要,尽量用默认参数。
因为就像我们做软件,都会把最常用的设置参数作为默认值。
别的软件公司肯定会调查,也会有很多高手使用,得出那些参数是常用的。
像上面的栅格和电栅格,总是有人为了方便把它们设小,殊不知放网络或连线时可能就眼看连上了,实际没连上,造成很多问题出现。
1.4元件符号及参数设置标准
元件的原理图库和PCB库放在服务器上,地址为:
\\192.168.0.5\项目文档(设计规范)\16、产品设计规范\原理图与PCB设计标准库。
全公司所有人员画原理图和PCB图都应从里面取元件,不允许从其它地方取元件,包括软件自带库。
公司的标准原理图库里的元件调出来就自带有公司的PCB库的封装,也是和公司的物料仓库的物料及ERP系统的物料及编码对应的,保证是你从库里调出来的元件仓库里就有料。
如果是你在原理图库里找不到的元件,你要找工业设计部专门做库的人员做好后才能用。
1.4.1常用元件位号命名规则
表1.1常用元器件种类及代表字符
器件种类
代表字符
器件种类
代表字符
电阻
R
接插件
CON
电容
C
跳线
JP
电感
L
开关
SW
磁珠
FB
蜂鸣器
B
排阻
RP
保险丝
FUSE
变压器
T
整流桥
DW
二极管
D
晶振
X
发光二极管
LED
按键
KEY
三极管
(包括MOS管)
Q
电池座
(包括电池)
BT
继电器
RL
测试点
TP
集成电路
U
排针
J
1.5
图1.2电阻符号
元件符号
1.5.1电阻参数描述
电阻在原理图中的符号表示如图1.2所示。
电阻的符号只能用这几个,分别代表普通电阻、可调电阻(电位器)、四排阻、八排阻。
电阻的参数一般包括四部分:
阻值、精度、封装、功率,举例:
100R,1%,0805,0.25W表示该电阻的阻值为100Ω、精度为±1%、封装为0805、功率为0.25W。
我们从库里取出元件,就要填上PCB封装,而封装的大小决定功率大小。
所以,我们填元件的参数标注时,只需要按ERP系统里的“型号”栏填阻值就行,有精度要求填精度,如是大功率的功率电阻把功率也填上。
保证我们填的和ERP系统里一样,方便后续整理及生产。
图1.2ERP系统里的物料表(电阻)
现阻值、精度、封装、功率这四部分参数的进行规定。
1.阻值参数描述
电阻的阻值参数的表述方法如下表1.2所列:
表1.2电阻的阻值参数描述方式
阻值范围
说明
描述格式
举例
<1Ω
0.XXΩ
0.47Ω,0.033Ω,0.15,
<1KΩ
XXR
100R、470R、49.9
<1MΩ
XXK
100K、470K、
≥1MΩ
XXM
1M、8.9M、10M、22M
2.精度参数描述
电阻的精度一般分为:
0.5%、1%、5%、10%和20%。
常用的为1%和5%。
若参数中未指明精度值则说明该电阻对阻值没有特殊要求,默认值取5%。
若对精度有特殊要求必须标明。
3.封装参数描述
常用的封装有:
0603、0805、1206、直插封装。
各种封装的优先选用次序为:
0603>0805>1206>直插封装。
但是在电阻功率大于1/2W的情况下,优先选用直插封装,除非有其他约束条件存在。
封装尺寸与功率关系:
表1.3封装与功率对应关系
贴片电阻封装
0201
0402
0603
0805
1206
对应的功率
1/20W
1/16W
1/10W
1/8W
1/4W
4.功率参数描述
电阻的功率值参数常用的有:
1/16W、1/8W、1/4W和1/2W,更大功率的电阻在我们实际的电路系统中比较少使用。
若在电阻的参数中没有列出功率值,则代表其功率小于或等于1/4W。
如果其功率大于1/4W,则必须标明实际功率。
注意:
本规范暂时未对电阻的材料做出规定,但是为了信息表达的完整性,若在电路设计中对所用的电阻之材料有特殊要求,则应该另作说明。
未作特殊说明的,表明对所用电阻之材料没有特殊要求。
1.5.2电容参数描述
图1.3电容符号
电容在原理图中的符号表示如图1.3所示。
电容的参数一般包括四部分:
容值/标称耐压/精度/封装,各个部分之间采用“/”隔开,不能有空格。
举例:
5pF/50V/1%/0603表示该电容的容值为5pF、标称耐压50V、精度为±11%、封装为0603。
现对这四部分参数的描述进行规定。
1.容值参数描述
电容的基本单位是:
法(F)。
换算单位:
1F=1000mF(毫法)
1F=1,000,000uF(微法)
1F=1,000,000,000pF(皮法)
表1.4电容容值参数描述方式
容值范围
说明
描述格式
举例
<1000pF
直接标数字并以pF结尾
XXXpF
3pF,0.5pF,470pF,
<1uF
对于无极性电容,参数只有数字部分
XXX
102,表示1000pF电容
104,表示100000pF电容
225,表示2200000pF电容
对于有极性电容时,使用小数标注,以uF结尾。
0.XXuF
0.022uF,0.47uF
<10uF
标注时包含小数时
X.XuF
1.0uF,2.2uF,4.7uF
≥10uF
只包含整数
XXXuF
1000uF,470uF,10uF
2.标称耐压参数描述
容值后标明耐压,电解电容必须标明耐压,其他介质电容,如不标明耐压,则缺省定义为“耐压63V”。
3.精度参数描述
电容的精度一般分为:
±1%、±5%、±10%和±20%。
常用的为1%和5%。
若参数中未指明精度值则说明该电容对容值精度没有特殊要求,默认值取5%。
若对精度有特殊要求必须表明。
4.封装参数描述
常用的封装有:
0603、0805、1206、直插封装。
各种封装的优先选用次序为:
0603>0805>1206>直插封装。
但是在容值大于100uF的情况下,优先选用直插封装电解电容,除非有其他约束条件存在。
注意:
本规范暂时未对电阻的材料做出规定,但是为了信息表达的完整性,若在电路设计中对所用的电阻之材料有特殊要求,则应该另作说明。
未作特殊说明的,表明对所用电阻之材料没有特殊要求。
1.5.3
图1.4电感符号
电感、磁珠参数描述
电感在这里仅按有无磁芯来分类:
空心电感和磁心电感,在原理图中的符号如图1.4所示。
电感的参数一般包括:
电感量/精度/标称电流/Q值/分布电容,举例:
10uH/±5%/50mA/80/1pF,表示该电感为10uH,精度为±5%,标称电流为50mA,Q值为80,分布电容为1pF。
电感量的基本单位是:
亨(H)。
换算单位:
1H=1000mH(毫亨)
1H=1,000,000uH(微亨)
表1.5电感量参数描述方式
容值范围
说明
描述格式
举例
<1uH
使用小数标注
0.XXuH
0.1uH
<1000uH
只包含整数时
XXXuH
88uH,47uH
标注时包含小数时
X.XuH
2.2uH
≥1mH
只包含整数时
XXXmH
1mH,5mH
标注时包含小数时
X.XmH
2.2mH
≥1H
按实际值标称
XXXH
10H,2.5H
1.5.4二极管
图1.5二极管符号
注:
二极管所有的参数按ERP数据库里的“规格型号”参数填。
1.5.5三极管及场效应管
图1.6三极管符号
注:
三极管及场效应管所有的参数按ERP数据库里的“规格型号”参数填。
1.5.6其它器件
如集成电路,接插件等,因为所有的参数按ERP数据库里的“规格型号”参数填。
1.6元件选择
1.6.1元件库选取
我们要从我们公司的元件库里取元件。
我们如果画原理图时,元件首选应从这两个库里取,如果这里面找不到的,才从AltiumDesigner软件里自带的库里去找,如果还找不到,才自己去做。
为什么要首选用我们自己的库呢?
因为我们的库里大部分元件都是用过的,也就是说经过实际检验过的,用起来出问题少。
从库里取元件,如图1.7所示,取了一个电容库。
图1.7元件库选择事例
取出来后双击元件或取的途中按“Tab”健,出现如图1.8所示,要注意在“注释”这个地方填元件的常用参数,而不只是在红圈2的地方,因为只有在“注释”这个地方填的内容才能在画PCB板的界面里看得到,如图1.9,因为在PCB设计时能看到元件参数会更方便画板。
另外在图1.8的红圈3部分是要选择元件封装的,这个地方非常重要。
图1.8元件库参数填写1
图1.9元件库参数填写2
我们要求画原理图的工程师把元件的正确封装选择好或填进去。
因为现在的元器件种类越来越多,每个元器件的封装也有好几个,如果画原理图的人不填,PCB设计人员就不知道用什么封装,或者填每个封装时都和原理图设计人员沟通,浪费的时间更多。
为了使PCB封装不出错,我们要求画原理图时就把封装填好。
1.6.2元件放置要点
元件的标号和型号参数要放得规规矩矩,如图1.10四的红圈部分,要让人很容易的看明白。
如果是改旧版,已经有的元器件请不要重新编标号,新加的加问号就行了。
如果重新编号,就会使从原理图导入PCB时元件混乱,导致PCB设计时间增加,最严重时PCB设计可能差不多重新来过,这既浪费时间又容易出现差错。
元件放在格点上,格点用默认的10mil,最小可设为5mil。
请不要为了一会儿的方便把格点设为5mil以下或5mil的非整数倍,因为间隔小了你连的线或放的网络标号连上没连上你不容易看出来(很多人吃过亏的)。
图1.10元件放置
1.7多张原理图
一个项目比较复杂时,元件比较多,如果放在一张图纸上,可能图纸要很大,很大就不方便查看,软件打开也慢。
因此,就要把一个复杂的项目原理图分成几张图纸画,让每张图纸不太大,每张图纸里画一个或几个功能电路,既不要画的太密,也不要画太少的电路在一张图纸上而浪费图纸。
如图1.11所示,一个项目被画在11张图纸上,每张图纸要起一个名字,取名一般格式是一个数字加图纸名,如“1-POWER”、“2-MCU”等,图纸名最好是反映图纸内容,但名字应尽可能取得短小精干,因为名字太长,打开后会占用很宽的地方,如图1.11中粗红横线处。
图1.11多张原理图
1.8版面布局
1.版面布局需要注意电路结构的易读性。
一般可将电路按照功能划分成几个部分,各功能块布局要合理,整份原理图需布局均衡。
避免有些地方很挤,而有些地方又很松。
将各功能部分模块化(如电源,CPU,USB等),以便于同类机型资源共享,各功能模块界线需清晰。
每个模块用蓝色实线框将其围绕起来,每两个相邻模块的实线框之间间隔为4个Grid。
每个功能模块都要有该功能模块的名称或描述,该名称位置在该模块实线框内、模块原理图的上侧;名称可以有主标题和副标题,亦可以只有主标题,其中各种标题的字体规格如表1.6所示。
表1.6模块标题字体规格
标题
字体
字形
大小
主标题
黑体
粗体
四号
副标题
黑体
常规
10
图1.12NORFlash模块的名称和描述
模块索引表:
索引表的建立不仅使读者对该原理图的功能一目了然,而且使查询和阅读更为方便。
每个功能模块按“模块1”、“模块2”.....进行编号,该编号位于每个模块实线框内左上角,距左右框线各4Grid。
将每个模块的编号与模块名称汇总,形成索引表。
如图1.13所示。
图1.13功能模块索引表
注意:
索引表中模块编号与模块名称是分开放置“注释”的,而不是在放在一个注释框内,正确的索引建立方式如图1.14所示。
错误的索引建立方式如图1.15所示:
图1.14正确的索引建立方式
图1.15错误的索引建立方式
原理图中应包含的注意说明和版本记录。
●注意说明:
简要说明该原理图的一些默认参数以及特殊符号的命名规则等;
●版本记录:
将这一版本比上一版本做出的重要修改加以说明,记录原理图的发展流程,版本记录中除创建时要表明创建日期外,其余记录中要包含版本修改的日期。
这两个模块的标题字体规格同表1.6的主标题字体规格,其内容的字体规格同表1.6的副标题字体规格,其内容可以分为多点来描述,对各点用阿拉伯数字(1、2、……)进行编号。
总标题位于整个原理图正上方居中的位置。
总标题可以分为三个部分:
标题名、版本号、日期。
●标题名:
为该原理图的总体名称,要简明扼要。
●版本号:
为该原理图版本,版本号的格式是:
Vx.xx;使用两位小数的标注方法,若改动较小,则版本号仅在第二位小数上加1;若改动较大,则版本号可在第一位小数上加1;若改动使电路性能得到质的提高,则在整数部分加1。
●日期:
为该版本原理图的修改日期,格式:
yymmdd。
如2007年8月5日应表示为:
070805。
其各部分字体规格如表1.7所示:
表1.7总标题字体规格
名称
字体
字形
大小
标题名
黑体
粗体
20
版本号
黑体
常规
10
创建日期
黑体
常规
10
举例说明。
图1.16总标题事例
1.8.1网络标号命名
2.规范网络标号命名:
标号命名,要对其功能有一定启示作用。
命名统一使用英文大写,命名要从字面上了解该网络的意义或功能,尽量与芯片的管脚命名相近,低电平有效时在前面加小写n,如nCS。
使用两个以上单词时,中间使用下划线分开,如SDRAM_nCS。
规范电源命名:
电源名称应包含的信息及表示方法如下:
●电源种类:
模拟电源(A),数字电源(D);
●电源正负:
正电源(P),负电源(N);
●电源电压大小:
如3.3V,表示为3V3;5V,表示为5V;
●若是独立电源,还应包括该独立电源的标志字符,用下划线“_”连接起来。
例如:
数字+5V电源表示为:
DP5V;
●USB模块的独立模拟+3.3V电源表示为:
AP3V3_USB;
规范地命名:
原理图中的地统一使用
。
其网络标号命名方法:
●模拟地:
AGND;
●数字地:
DGND;
●若是独立地,应表示出该独立地的标志字符,用下划线“_”连接起来。
例如:
数字地表示为:
;
●USB模块的独立数字地表示为:
。
不使用的管脚使用“×”(可当为一个没有连接的网络标号)。
这是一个良好的习惯,同时也很有用。
在画原理图时,电源符号的上下方向要搞对,一般默认的方向是电源向上,地向下,便于读图者理解。
图1.17电源地的标号
1.8.2总线式原理图画法
总线式画法,即地址总线,数据总线,控制总线放在一起,各管脚通过网络标号连接起来。
总线式画法易读、便于查找,同时也降低了出错几率。
其示例如图1.18所示,为了符合模块化的设计方法,连接各模块的总线可以用
,并标注相同网络标号,使之连接起来。
1.8.3CPU画法标准
按照总线式原理图画法标准,CPU的画法相对以前有所改变,CPU也使用总线式的画法,如图1.18中的CPU画法一样。
2100系列和2200系列的CPU原理图画法都是按照引脚标号顺序来画的,与本标准有差异,由于历史原因,这两个系列的CPU原理图已被大量应用,若修改为本标准,则涉及到的方方面面太多,工作量巨大。
故这两个系列CPU原理图仍按照原来的画法,不做
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