嵌入式硬件电路设计的基本技巧

目录

1 分模块

2 标注关键参数

3 电阻/电容/电感/磁珠的注释

4 可维修性

5 BOM表归一化

6 电源和地的符号

7 测试点

8 网络标号

9 容错性/兼容性

10 NC、NF

11 版本变更

12 悬空引脚

13 可扩展性

14 防呆

15 信号的流向

16 PCB走线建议

17 不使用\表示取反

     不光是代码有可读性的说法，原理图也有。很多时候原理图不仅仅是给自己看的，也会给其它人看，如果可读性差，会带来一系列沟通问题。所以，要养成良好习惯，做个规范的原理图。此外，一个优秀的原理图，还会考虑可测试性、可维修性、BOM表归一化等。

 

1 分模块

    如上图所示，用线把整张原理图划分好区域，和各个区域写上功能说明，如：电源、STM32等。

    这样让人更清晰、更快速地理解整个原理图，调试、维修的时候也很容易根据问题来查找电路。

2 标注关键参数

    如上图，标注了最大输出电流，这样可以方便别人修改电路的时候，知道电源能不能带得起负载。

    也可以写其它参数，如：输入电压范围，适用的温度范围，甚至是数字电路中的真值表等。

3 电阻/电容/电感/磁珠的注释

电阻

    如上图所示，每个电阻都写上阻值、精度。针对大功率电阻，也可以写上功率，要视具体情况灵活变通。

    一般对于开关电源上的采样电阻以及运放电路上的电阻得用1%精度，上下拉电阻可以使用5%精度。

注意：这里的阻值不建议写成102，要直接写成1K。尽量不要让别人去做这个换算，或者人家也不会算。

电容

    如上图所示，每个电容都写上了容值和耐压。针对高精度电容，也可以写上精度，或者是材质。

    如：瓷片电容的材质有X7R、Y5V、NP0等。

    注意：这里的容值不建议写成105，要直接写成1uF。

电感

    如上图所示，每个电感都写上电感值和饱和电流。

磁珠

    如上图所示，每个磁珠都写上阻值和对应的频率。

其它元件

    其它元件也是和电阻、电容等类似，如：晶振8MHz 50ppm等，要举一反三。

4 可维修性

    如上图所示，增加L1电感，以便维修时可以断开，更容易排查故障。这里可以使用电感、磁珠或者0R电阻，视具体情况而定。

    但是也有特殊情况，如果负载特别大，需要的串入的元件功率很大，成本增加太多，也是划不来的，这时，可以不加。

    如果后面接的是QFP64封装之类芯片，功率又比较小，可以串入元件，因为QFP焊接不良的情况会比较多。

5 BOM表归一化

    BOM表就是物料清单，尽量让物料的种类少一些，可以让采购员减少工作量，也会在生产上减少很多问题。

    这里有两个上拉电阻，一个4.7K，一个10K，如果这个阻值影响不大的话，可以把它们都合并为10K。

    去耦电容也是雷同的操作，要举一反三。

6 电源和地的符号

    如上图所示。对于双电源系统来说，要在电源符号上写上正负号，单电源系统可以只写正号。

    但是千万不要用VCC，不然别人看的时候还要观察一下是几V供电的。

    如上图所示，只有一个地平面，则用GND。有数字地和模拟地，则用AGND、DGND。

    也有一些系统还有视频地、音频地等，也要用不同的符号。

    注意：不要把GND这些网络名给隐藏掉了，会容易出问题。

7 测试点

    如上图所示，增加了测试点。测试点也就是一个圆形的pad，裸铜的。

    在一些QFP、BGA、QFN封装的芯片，有的引脚很难用示波器测量，这时可以增加测试点，方便操作。

8 网络标号

    如上图所示，PC7、PC6是接OLED12864的IIC接口。这里的网络标号增加OLED前缀，以减少网络标号的冲突，也增加了可读性。同理，接温度传感器的网络可以写DS18B20_DATA，网络标号上增加了元件名。其它的芯片也是一样的操作。

    所有的网络标号均使用大写字母。

9 容错性/兼容性

    在设计初期或是不经意，或是工期太赶，就没有那么多时间去研究电路上的接法是否正确。

    这时可以使用一些预留的电路，来提高整板的容错性。

    如上图所示，假设工程师还不确定是RX对TX还是RX对TX时，可以使用四个电阻来实现这两种接法。（NC为不接）

    焊上R11和R14，不焊R12和R13时，是RX对RX，TX对TX的接法。

    不焊R11和R14，焊上R12和R13时，是RX对TX，TX对RX的接法。

    当调试通过后，再把这四个电阻去掉，并连上正确的接法。这样既能保证工期，又不会出错。

    如果一个板子，不太确定用STM32的F103还是F407，此时，可以做成兼容设计。

    如上图所示，圆圈中可放置0R电阻，使用F103时，把0R焊上，电容不焊。使用F407时，把电容焊上，0R不焊。

    当然，也可以预留其它电路，要举一反三。

10 NC、NF

    原理图上常常出现NC和NF两种字符，如下图所示，是不接、不焊的意思。

    NC=Not connect 不接。

    NF=Not Fix 不安装。

    当然，NC也可以表示为normal close常闭，在继电器、接触器上用的多。

    要视具体情况来辨认。

11 版本变更

    很多时候一个电路不是一版就成功的。它会经历很多版本，每个版本都有变更的地方。这时要明确地标注出来。

    如上图所示，明确地指出，V2版本把C12改成10uF，以便万一出问题，容易追溯。

12 悬空引脚

    悬空引脚也要画上X。

13 可扩展性

    很多时候，需求是不断变化的。如果仅仅针对当前需求来设计，一旦将来有改动，又要重新打板。

    所以，很有必要增加一些预留的引脚、电路，以便快速验证整板的功能是否满足新需求。如下图所示，预留了一些IO口。

14 防呆

    有一些接口是不防呆的，也就是存在两种或多种接法。

    如上图所示，4P杜邦线（合在一起，没有分开的），有两种接法：

• 红黑白黄

• 黄白黑红

    然后，该座子在原理图上是上图所示的定义，那么会有一种接法导致电源接反，可能会烧坏元件。

    如果原理图是设计成这样，则不会烧坏元件，因为3.3V电源也就加在GPIO口上而已。

    要做防呆，可以使用防呆的座子，如：USB座、航空接口等。

    也有另一种方法，对称设计法。

    如上图所示，引脚的排列是对称的，也就是无论怎么接，都是没问题的，只是成本会有所增加。

    还有一种方法适用于直流电源的接口，一般是门禁系统用的多。

    如上图所示，增加一个整流桥，不管+13.4V和PGND怎么接，在1、3引脚上都能产生正确的+12V和GND。

    当然，这种方法也要考虑成本和功耗等。

15 信号的流向

    一些模拟电路，需要标明信号的流向。

    如上图所示，标明了定向耦合器中的信号流向。

16 PCB走线建议

    如果PCB不是你画的话，可以在原理图上标明PCB的走线规则或者建议。

    如上图所示，标明了一对差分线在PCB上的处理方法。

17 不使用\表示取反

    一旦用了“\”，就有可能被wire挡住，然后看不到，从而导致网络可能连接不正确。

    可以考虑用“#”来表示取反。