如何將原理圖符號畫得通俗易懂？

好的原理圖應該有可預測的信號流向。這個流向要求輸入部分位于左邊和上邊，輸出部分位于右邊和下邊。當然這并非鐵板一塊，但如果你希望其他工程師一眼就能理解你的原理圖，遵循這個規則就非常重要。如果我高聲對你喊叫，“區別什么有做這樣？”這種語法結構顯然讓人難懂，但如果我按從右到左的順序說，“這樣做有什么區別？”那么你馬上就能理解了。雖然許多半導體公司賺了很多錢，并提供很多支持，但很多時候他們專注于芯片內部，而做不到正確的原理圖流向(圖1)。
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圖1中的六反相器U1不是很實用。它將6個反相器合成在一個符號中，并且左邊和右邊都有輸入輸出。引腳長度也不需要那么長。U2這個符號稍微好一些，輸入都在左邊，輸出都在右邊。像我這樣一把年紀的人不喜歡彩色背景，因為經過六次黑白拷貝黃色會變成黑色，從而讓你無法看清任何東西。我創建的U3由不同元件組成(異構元件)，包括6個相同的元件和表示電源與地的第7個元件。排阻RP1是非常愚蠢的畫法，當這些電阻應該處于原理圖上不同位置時很容易把原理圖弄得一團糟。RP2顯示了異構元件在這種時候的作用。

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圖2：許多工程師都不喜歡ANSI/IEEE邏輯符號畫法，這些符號簡直是非徒無益，而又害之。顯示實際的邏輯符號稍好一些。CAD軟件包中附帶的元件基本上是沒有用的。較好的做法是將元件一分為二。更好的做法是將電源獨立出來，這樣就不會弄亂信號流向。模擬工程師最想要的是在元件內部稍微畫一些能表示其功能的圖案。

圖3：早在1995年，OrCAD 9就允許用德·摩根等效符號表示與非(NAND)門。

某個年代的原理圖程序出現于這樣一個時期：PCB上大約有40個14引腳的邏輯芯片，每個芯片配一個去耦電容，再加上一個卡緣連接器。在1985年，DOS OrCAD甚至不能畫三角形。這是那個年代的局限，也是那個年代需要擔心的事。當時許多公司覺得PCB上只有一個電源，即VCC(兩個“C”代表“公共集電極”，因為所有這些邏輯門都饋送電源給許多晶體管的集電極)。因此PCB只需要VCC和地。CAD公司的程序員甚至認為不需要在芯片上顯示電源引腳。他們只是發明了“零長度”引腳，然后版圖設計程序會將所有相同名字的引腳連接在一起。程序員認為工程師使用最后生成網絡表的原理圖簡直太蠢了。

圖4：地、電源、電阻、晶體管和MOSFET等各種元件符號。
在現代設計中，電源和地引腳不可見帶來的問題是，當版圖封裝的電源連接錯誤時電路經常會燒掉。經常會燒。這是一個很嚴重的問題，因為你可能有多個帶電源的層，而重新做PCB甚至重新搭建原型是很困難的。基于這個理由，我們許多人會把電源引腳明確地畫出來。對于像四運放這樣的多元件封裝來說有三種方法來實現(圖5)。第一種方法是你可以將電源引腳畫在每個元件上。第二種方法是只將電源引腳畫在其中一個元件上，這時要確保將所有未用元件也都放到原理圖上。第三種方法是將四運放設計成由5個元件組成的異構封裝，包括4個獨立的運放和一個單獨的電源與地引腳元件。這種方法的優點是你可以將電源與地元件和所有去耦電容放在一起。缺點是你可能忘了放電源與地元件，由此帶來的災難是器件沒有供電而不是接錯電源。一個技巧是將電源引腳作為封裝中的第一個元件，這樣當你放置這個元件時第一個放的就是電源。不管怎樣，你都應該將所有元件都放到原理圖中去，以便給未用元件合適的偏置，防止它們發生振蕩。

相反，最好在U1的每個元件上畫出電源引腳。你也可以只在封裝的某個元件上畫電源引腳，但要確保所有元件都被放置，這樣你就不會忘了連接電源(U2)。U3封裝則是使用了一個單獨的“元件”來畫電源和地。這樣做的優點是你可以翻轉運放，根據電路需要靈活地將負引腳放在正引腳的上面或下面。

圖6：如果你將連接器只畫成一個元件符號，會使得原理圖很亂(a)。通過使用OrCAD中的異構元件功能，或Altium/CircuitStudio中的元件“模式”，你可以將連接器分解開來，以便原理圖的流向更清晰更容易理解(b)。

還有其它一些原理圖符號的慣例，它們更多的是偏好，而不是好的設計原則。我很喜歡用圓圈將晶體管包圍起來。需要重申的是，那些半導體工程師畫的晶體管才沒有圓圈。我認為圓圈非常有用。同樣，我很喜歡當走線發生交叉時做一個小的跳接。這就引出了另一個重要規則：沒有4向結點。我見過一個傳真過來的原理圖，怎么都看不出走線是否只是交叉而不是連接在一起。結果我猜錯了，這浪費了我一天時間。如果所有原理圖都用跳接，“沒有4向結點”規則就沒那么重要了。令我高興的是，最新版本的Altium/CircuitStudio可以顯示跳接，并能自動防止生成4向結點(圖7)。

我的做法是使用輸入在左側的規則重畫元件符號(圖8)。我還使用了獨立的電源與地符號，以便減少雜亂現象，畢竟我們關心的是信號流向。大多數工程師理解555定時芯片內部的功能。但如果你不知道，或者你認為閱讀該原理圖的人不知道，那么你可以在元件內部畫上一些或所有框圖。Altium/CircuitStudio允許你在原理圖符號上放置圖片，因此我在網上找到一個很好的555定時器框圖，經過一些細微調整后我將它放進原理圖符號中。我不得不遵循它們的引腳輸出結構，因此原理圖上有些跳接(圖9)。

圖9：你可以在元件內部畫一個框圖來展示它的功能。這可以像顯示一個集電極開路輸出一樣簡單，或者像顯示開關電源芯片內部功能一樣更復雜一些。一些CAD軟件包允許你將圖像粘貼到元件符號內。

好了，就剩最后一個模擬工程師的最愛了。在大學里，John Kuras經常開玩笑說功率晶體管應該用粗一點的線畫得大一點。當時我們都嗤之以鼻，但現在我確實喜歡用更大的符號顯示TO-3巨型封裝的晶體管(圖10)。成為模擬工程師就得接受重要性原則，而更大的晶體管更重要，而且畫起來更容易。

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原理圖符號偏好就像是音樂偏好，它們非常個性化。這是你作為工程師的一種風格。像跳接和晶體管上的圓圈等事情不是很重要，而諸如輸入在左邊和上邊、輸出在右邊和下邊等事情則比較重要。我們都在爭論如何處理既有輸入又有輸出的總線。我認為地符號很重要。網上有篇應用筆記，那篇筆記認為如果你根據符號建議的那樣將它連接到大地，有可能燒壞二極管。

<font "="" style="word-wrap: break-word;" face="myFont, ">你又有怎樣的想法和風格?