硬件原理图设计规范样本.doc

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硬件原理图设计规范

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1 概述 3
1.1 背景 3
1.2 术语与缩写解释 4
2 设计工具 5
3 图纸规格及总体要求 5
3.1 纸张规格 5
3.2 标题栏 5
3.3 其它要求 6
4 器件图库 6
4.1 器件图形符号 6
4.2 管脚 6
4.3 封装 7
4.4 器件代号 7
4.5 器件型号与标称值 9
4.5.1 集成电路与晶体管 9
4.5.2 电阻类 10
4.5.3 电容类 10
4.5.4 电感类 11
4.5.5 晶体、 晶振类 11
4.5.6 保险管 11
4.5.7 开关与接插件 11
4.5.8 指示灯 12
4.5.9 变压器 12
4.5.10 其它 12
5 绘图布局 12
6 网络连接 13
6.1 电气连接线 13
6.2 总线 13
6.3 网络标号 13
6.4 端口 14
6.5 电源与地的连接 14
7 绘制方法 15
8 注释 16
9 文件入库命名 16

1 概述
1.1 背景
为提高设计文档的可读性和可移植性、 从而提高开发效率和产品质量, 必须规范原理图设计, 特制定本规范。
制定本规范的总体原则是方便阅读、 移植和维护, 减少错误。其中的”阅读”不但包括在电脑上查阅, 更注重打印出的纸稿的阅读, 因此电脑上的”搜索”功能和颜色上的区别不能作为可读性强的依据。
1.2 术语与缩写解释
原理图: Schematic diagram, 用图形符号并按其工作顺序排列, 详细表示电路、 设备或成套装置的全部基本组成和连接关系, 而不考虑其实际位置的一种简图, 供详细了解工作原理、 分析和计算电路特性之用。国标中称之为电路图, Circuit diagram。
图框: Frame, 规定在图纸幅面上绘图的有效面积, 保证图素不超出或太靠近纸页边缘。
标题栏: Title column, 用以确定图纸名称、 图号、 张次、 更改和有关人员签署等内容的栏目。
器件代号: Item code, 在原理图中, 为了便于查找、 区分图形符号所表示的各种元器件和表示元器件序列号的代码。
标称值: Part value, 表示项目类的电气参数的数字或型号的代码。
器件图形符号( 图符) : 指在原理图绘制工具中, 由器件库编辑所生成的代表特定元器件实物的图形元素符号, 在系统中是一个整体的图形元素。
电气连接线: Wire, 在原理图中, 起电气连接关系的线段。
总线: Bus, 在原理图中用于连接同类型的信号组, 无实际连接作用, 仅供阅读方便。
网络: Net, 在原理图中, 连接在同一条电气连接线上的所有元件和连接在一起的所有电气连接线构成的一个连接关系。
网络标号: Net label, 在原理图中, 每一个网络都对应一个相应的名称。
端口: Port, 在原理图中, 信号线在不同页面或层次间的连接, 由定义的特殊的连接符号来标识。
注释: Annotation, 在图中用以解释说明的文字、 图形和标注。
网络表: Net list, 用以标识原理图中所有电气元件的电气连接关系网络和器件封装信息的文件。
2 设计工具
全公司应使用统一的设计工具, 当前为Altium Designer 16, 如需要更换设计平台, 必须由相关部门组织评审。更换平台时应寻找合适的工具能够对以前的产品进行转换。
3 图纸规格及总体要求
3.1 纸张规格
纸张规格统一使用A3/B 型纸或A4/A 型纸, 这样能保证图纸打印到A4 纸上后能够清楚地阅读, 也不会因字体太大而浪费纸张, 减少文档管理的工作量。
3.2 标题栏
图纸的标题栏统一置于右下角, 标题栏内应包括如下信息: 公司名称、 产品及单板名称、 版本信息、 设计日期、 图纸总张数、 本张图纸的序号、 设计者姓名。

3.3 其它要求
整套图纸中同一属性的标识只能使用同一种颜色, 不同属性的标示不使用相同或近似的颜色。比如所有的网络号颜色应相同, 所有的器件管脚脚号颜色也应相同, 所有的注释颜色也应相同, 但这三者应使用不同的颜色。
图纸和器件的背景颜色要求使用白色, 避免打印稿上黑乎乎的一片。
4 器件图库
4.1 器件图形符号
器件的图形符号使用开发工具自带的国际标准符号, 库中没有的, 可自己建立新图符, 对于简单的器件, 要求在图符中用图示表示( 类似于三极管、 运放等) , 对于复杂的器件应以若干个矩形或惯用的图符表示。使用多个图符表示一个器件时, 应按照功能的定义将管脚合理地分配到多个图符上。单个图符的大小应以不超出A3/B 型纸为限。
器件管脚在图符上的分布能够按照物理顺序布置, 也能够按照功能分类来布置, 推荐采用后者。
4.2 管脚
管脚标号表示方式可使用数字、 字母、 字母数字混合三种方式表示。个别二极管、 三极管的管脚可使用单个字母表示( 仍推荐用数字表示) ; BGA 和PGA 等方阵类管脚使用字母组合表示; 其它器件的管脚一般要求使用纯数字表示。
管脚数量较少( 一般5 个以下) 的器件的管脚名称和标号能够隐藏, 但对于有方向性的器件和两脚以上器件必须在图示中有相应的标识, 以避免用错管脚。
器件的任何管脚不允许隐藏, 对于分成多块( Part) 的器件应将公共的电源脚在第一块上显示出来。
管脚的输入输出属性不作要求。
4.3 封装
封装名称应以公司统一的PCB封装库为标准, 并填入原理图中相应的栏目, 该信息是隐藏的, 在打印稿上不可见。
4.4 器件代号
器件代号由一至两个字母和一至三位数字构成, 字母用于表示器件的类别, 数字为序列号, 能够顺序标注, 也能够分段标注。
各类器件与字母对应关系的定义参照国标GB5094-85、 GB7159-87 , 并兼顾当前国内外的惯例和公司物料编码的分类, 规定如下:
代码
项目种类
举例
A
组件、 部件
电源模块、 机芯、 射频盒、 摄像头、 聚焦组件等其它项未
列出的组件部件
B
电声器件
蜂鸣器、 扬声器、 耳机、 拾音器、 话筒、 麦克风
C
无极性电容
电解电容、 贴片电容、 可变电容、 穿心电容
D
二极管
稳压二极管、 LED、 整流桥、 双二极管、 TVS
E
电解电容
铝电解电容、 钽电解电容
F
保护器件
保险管、 熔断器、 避雷器、 放电器、 限流保护器件、 限压
保护器件、 短路器件
G
电池发电机
电池、 热电池、 光电池、 发电机、 电源设备
H
传感器
温度、 压力、 霍尔、 湿度传感器、 热电传感器
J
接插件
插头、 插座、 插针、 接线柱、 短路器、 跳线、 连接器、 接
头、 连接片、 端子、 IC插座
K
继电器光耦
继电器、 接触器、 光耦
L
电感
感应线圈、 偏转线圈、 扼流圈、 线路陷波器、 电抗器
M
电动机
电动机、 风扇
P
测试设备
时钟、 表头、 电流表、 电压表、 计时器、 示波器、 频率计、
计数器、 记录仪器、 测量设备、 微型打印机
Q
三极管
三极管、 场效应管、 可控硅、 晶闸管、 IGBT管
R
电阻
金膜电阻、 片状电阻器、 线绕电阻器、 保险电阻
RT
热敏
热敏电阻
RV
压敏
压敏电阻
RH
光敏
光敏电阻
RP
电位器
电位器、 可变电阻器
RN
电阻排
并联式电阻排、 独立式电阻排、 电阻网络
S
开关
控制开关、 选择开关、 拨码开关、 拨动开关、 限制开关、 转换开关、 同轴开关、 波导开关、 按钮、 联锁按钮、 闭合按钮、 按键、 选择器、 拨号接触器、 连接器、 一般电源开关、
T
变压器
电源变压器、 音频变压器、 通讯口变压器、 互感器( 电压、 电流)、 其它变压器(回扫、 行推动等)
U
集成电路
模拟/数字IC、 厚膜、 功能单元电路
V
特殊半导体
电真空器件
数码管、 液晶显示模块、 电子管、 显像管、 气体放电管
W
传输器件
导线、 电缆、 偶极天线、 抛物天线、 母线、 波导、 拉杆天线、 波导定向耦合器、 匹配器、 谐振腔
X
晶体振荡器
晶体、 晶振、 振荡器、 谐振器
Y
机械器件
电磁铁、 电磁阀、 气阀制动器、 离合器、 气阀、 电磁制动
器、 电磁离合器、 电磁吸盘、 电动阀
Z
滤波器
分流器
晶体滤波器、 陶瓷滤波器、 声表面滤波器、 EMI滤波器、
LC滤波器
TP

测试点测试点

4.5 器件型号与标称值
4.5.1 集成电路与晶体管
集成电路可摘取厂家型号的部分或全部, 也可使用通用型号来标注, 但标注内容必须是能保证电路功能的充分条件。比如, 使用8051 或PXA255; 对于像74 系列的逻辑芯片7400 有多种型号, 如74LS00、 74S00、 74H00、 74HC00、 74HCT00 等, 虽然有些型号在一些电路中能够互换, 但各种型号之间在电平、 功耗、 驱动能力等方面还是有一些区别, 考虑到规范性, 避免在调试、 维修时误解, 所属系列必须标明, 如74S00、 74F00 、 74AC00 等。
如果该器件不同的封装对应于不同管脚序号, 则标称值的内容必须包含封装信息。
4.5.2 电阻类
5%精度电阻表示方法: 3位数表示法。前两位数字代表电阻值的有效数字, 第3位数字表示在有效数字后面硬添加”0”的个数。当电阻小于10Ω时, 在代码中用R表示电阻值小数点的位置。这种表示方法一般有阻值误差为5%电阻系列中, 比如: 330表示33Ω, 而不是330Ω; 221表示220Ω; 683表示68000Ω即68KΩ; 105表示1MΩ; 6R2表示602Ω。
1%精度电阻表示法: 4位数表示法。前三位数字代表电阻有效数字, 第四位表示有多少零, 基本单位是Ω, 如: 1002表示10KΩ精度为1%的电阻。
4.5.3 电容类
贴片电容一般使用数字表示法: 三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数字, 第三位数字表示有效数字后面零的个数, 它们的单位都是pF。如: 102表示标称容量为1000pF。221表示标称容量为220pF。224表示标称容量为22x10(4)pF。小于10uH用NRN 表示, 如2R2就是2.2uH。
电容的精度用字母表示, 放在数值的后面。N表示精度为±30%, M表示精度为±20%, K表示精度为±10%, J表示精度为±5%, G表示精度为±2%F表示精度为±1%, D表示精度为±0.5%。
如果对耐压大于16V 或精度为10%或以上的, 则必须有标注, 特殊标注的字母要大写, 如”220J-100V”, 表示容值为22uf, 精度为±5%, 耐压值为100V的电容。
可变电容和微调电容则标注电容变化范围, 如”5/25p ”, 电解电容必须标注耐压值, 如”101-50V”。
4.5.4 电感类
贴片电感也是采用3位数表示法, 基本的单位是uH, 2100应该是10uH, 220是22uH, 330是33uH, 470是47uH。电感的精度也能够用字母表示: N表示精度为±30% 的电感, M表示精度为±20%的电感, K表示精度为±10%的电感, J表示精度为±5%的电感。
空心电感线圈可用匝数和线圈直径来表示, 如”2.5T/3.0”表示匝数为2.5( 注意用大写的T) , 线圈直径为3.0mm, 线圈直径必须精确到小数点后一位。
4.5.5 晶体、 晶振类
晶体、 晶振以KHz、 MHz 标注, 稳定度有特殊要求的需注明, 标注示例如”12MHz-2.5ppm”。注意: Hz 不能省略。
4.5.6 保险管
保险管、 自恢复保险丝必须标注额定工作电流和工作电压, 统一以A/V 为单位标注, 如”1.5A/250V”。
4.5.7 开关与接插件
对于开关与接插件来说, 其名称基本能够由封装信息来代替, 作为原理图的阅读者对名称或封装信息也并不感兴趣, 因此其标称值的内容改作标注用途, 比如RJ45 的插座的名称可写RS232、 E1、 100Base-T 等; 键盘按钮的名称能够写成RESET、 UP、 DOWN、 EXIT 等。
4.5.8 指示灯
对于指示灯来说, 其名称除了颜色信息外也能够由封装信息来代替, 作为原理图的阅读者对名称或封装信息也并不感兴趣, 因此其标称值的内容同样改作标注用途, 不过在用途后可附上颜色信息( 红绿黄蓝橙白分别用字母RGYBOW 代替) , 如POWER/G、 RUN/B 等。
4.5.9 变压器
电源变压器可标注功率和匝数比, 如10: 1/15W、 1:2/1.5:1/5W 等, 信号变压器应标注厂家具体型号。
4.5.10 其它
其它未列出的器件参照以上内容, 标注清楚器件的特征。
5 绘图布局
原理图的设计同样存在布局问题, 好的布局使绘制方便、 维护更加容易、 可读性强、 可移植性好; 差的布局将导致图纸混乱不堪, 除了用于设计PCB 外几乎没有其它的使用价值。
在布局时应注意,同一块PCB 板上的单元电路能够在原理图的绘制中分层或分页,但在同一页原理图上,不允许绘制不同PCB 板上的单元电路。
由于图纸的规格已在前面的章节中定义了, 因此模块的划分应参照图纸大小, 一页图纸容纳不下的模块应进行细分。太小的模块不应单独占一页纸, 要么和其它模块合并, 要么多个小模块共用一页纸, 模块之间用虚线隔离。
有连接关系的器件应靠近放置, 器件的位置应按照信号的流向顺序放置, 这样能够方便连线并提高可读性。三个引脚以下的小器件不允许独立放置, 而应该放在与其有连接关系的器件附近, 以电气连接线相连。
在原理图中, 对于集成运放和通用集成逻辑电路宜按照电路功能将每个单元分开放置, 便于对电路的理解和阅读, 也符合电路功能单元集中布局的规则。
复杂的设计( 一般3 页以上) 应建立索引, 索引能够为多级, 经过索引使整套图纸成为树状结构, 第一页图纸为树根。
6 网络连接
6.1 电气连接线
器件之间推荐使用电气连接线连接, 取代网络标号。模拟电路中除电源和地信号外, 不得使用网络标号, 必须使用电气连接线连接。对于数字电路中, 能用电气连接线连接的也尽量用线连接, 而不要完全依靠网络标号; 当连接线跨度太大时, 能够使用网络标号来连接。这样所绘制的原理图信号流向清晰明了, 便于阅读。
电气连接线和总线一般使用水平或垂直方式, 在短距离内( 限图纸高度的1/8) 可使用45度斜线, 不得使用其它斜率。
6.2 总线
同类信号可使用总线连接, 经过总线连接能够大大提高可读性, 但不应把多个毫无关联的信号连到一条总线上, 在同一页图纸上也不应使用太多相互交叉的总线而造成混乱。
总线跨图纸连接时也应使用端口连接。
6.3 网络标号
网络标号只是在不方便使用电气连接线连接时使用。网络标号的命名应易于理解, 不容易与其它标号混淆。
网络标号除了使用字母和数字外, 其它符号只能使用如下几种:
_ - + / # ~ :&
网络标号应与其它管脚号、 注释等字符隔开一定距离, 避免误读( 打印稿无颜色区别) 。
6.4 端口
图纸间的信号连接推荐使用端口方式, 代替全局网络标号。端口的方向应与信号的实际方向一致。端口一般应放置在图纸两侧, 难以连接到两侧的也应在中间某个位置集中放置, 端口处建议标注目标页码, 以利于查阅。
6.5 电源与地的连接
电源和地信号的连接符号统一为如下六种:

电源符号统一使用A 和B 两种, 符号中的内容使用带有正负号的电压值, 如+5V、 +3.3V、 -48V 等, 如果同一电压存在多个独立的电源时, 可在后面加一字母来区分。一般字母‘A’表示模拟电源, 字母‘D’表示数字电源, 或者用其它字母进行顺序编排。
地的符号一般使用D、 E、 F 三种, 其中F 专用于连接大地的符号, 一般包括防雷地、 屏蔽地或静电保护地。D、 E 分别用于表示模拟地和数字地。如果板上存在多种地, 以上三种符号不足以对其进行区分时, 可使用符号C, 并注明各种地信号的名称。
一般情况下, 建议正电源符号方向朝上, 地的符号与负电源符号方向朝下。
7 绘制方法
对于比较复杂的电路图, 一张电路图纸无法完成设计, 需要多张原理图, 应该采用层次原理图设计方法。层次式电路是将一个大的电路分成几个功能块, 再对每个功能块里的电路进行细分, 还能够再建立下一层模块, 如此下去, 形成树状结构。
层次式电路主要包括两大部分: 主电路图和子电路图。其中主电路图与子电路图的关系是父电路与子电路的关系, 在子电路图中仍可包含下一级子电路。
1． 主电路图
主电路图文件的扩展名是.prj。
主电路图相当于整机电路图中的方框图, 一个方块图相当于一个模块。图中的每一个模块都对应着一个具体的子电路图。与方框图不同的是, 主电路图中的连接更具体。各方块图之间的每一个连接都要在主电路图中表示出来。
需要注意的是, 与原理图相同, 方块图之间的连接也要用具有电气性能的Wire( 导线) 和Bus( 总线) 。如图所示。
2． 子电路图
子电路图文件的扩展名是.sch。子电路图是具体的电路原理图。子电路图与主电路图的连接经过方块图中的端口实现。
8 注释
对于电路中的解释性的文字注释, 在电路布局时应考虑其放置的位置, 对特殊器件或功能单元电路的注释应放在靠近它的地方, 对整个电路的注释可放置在页面的空白处。
注释不应紧靠电气连接线和器件管脚, 以避免在打印稿上被误认为是网络标号。可稍留一点空隙或以箭头指向。
9 文件入库命名
设计文件完成后, 文件需入库存档, 文件名称需设置为”文件名称+版本号+设计者名称+时间”, 一般命名为英文, 如”controllerV2.0-zhangsan 1030”。