如何閱讀和創建 PCB 原理圖
1 分鐘
- 什麼是 PCB 原理圖?
- 原理圖設計中的常見組件:
- 如何閱讀和解釋示意圖
- 在 EasyEDA 中建立 PCB 原理圖的步驟
- 高效率原理圖設計的技巧
- 使用原理圖進行故障排除
- 結論
印刷電路板 (PCB) 設計是現代電子產品的支柱,而原理圖也是 PCB 設計的核心。電子設計很大程度上依賴原理圖的繪製,因為原理圖展示如何組裝電路和系統。原理圖透過電纜展示了電子系統中各個組件之間的連接。這有助於工程師對整個設計流程進行規劃和展望。無論您是在設計基本電路還是複雜的電氣系統,繪製原理圖都可以確保一切正確無誤,有助於故障排除,並促進製造商和工程師之間的溝通。
當我們必須簡化設計時,我們唯一能想到的就是 EasyEDA,這是一款功能強大且用戶友好的線上 PCB 設計工具。它簡化了閱讀和創建原理圖的過程。在本指南中,我們將逐步指導您在 EasyEDA 中理解和建立 PCB 原理圖。本文將介紹建立原理圖的必要性、需要執行的關鍵操作、可以使用的工具以及確保設計正常運作的最佳方法。
什麼是 PCB 原理圖?
PCB原理圖是電子電路的圖形表示。它使用標準化符號來表示電阻器、電容器和積體電路等元件,並顯示這些元件如何透過導線或網路互連。原理圖可作為實體 PCB 佈局的藍圖。
與真正的接線圖不同,原理圖並非物理地描繪元件的位置,而是揭示它們在電路內部的邏輯連接和互連方式。
標準符號使原理圖能夠簡化最複雜的系統,從而方便工程師和設計師交流想法。在電子設計中,原理圖也至關重要,因為它們能夠在問題在組裝過程中顯現之前識別出來。
原理圖設計中的常見組件:
1. 原理圖符號
在深入研究原理圖之前,請先熟悉常用符號:
●電阻:鋸齒線或矩形。
●電容器:兩條平行線(極化電容器包括正極和負極標記)。
●二極體:指向線的三角形,標示極性。
●積體電路 (IC):具有標記引腳的矩形。
●接地和電源符號: “GND” 表示接地,“Vcc” 表示電源。
2. 追蹤網路(連接/電線)
網路是連接元件的線路。每個網路可能有一個標籤,例如“Vcc”或“GND”,以標識其功能。使用這些標籤可以了解電源和訊號在電路中的流動方式。
3. 元件值和標號
每個元件都有一個代號(例如,R1 代表電阻,C1 代表電容)和一個值(例如,10kΩ 代表電阻,100µF 代表電容)。這些細節對於識別元件及其在電路中的作用至關重要。
如何閱讀和解釋示意圖
原理圖可能包含多個電路塊,閱讀時應從左到右或從上到下。電路通常具有重複的模式。一旦您了解基本符號及其功能,就可以識別這些模式,從而簡化複雜原理圖的解讀。
它分為4個部分,每個部分都根據其用途進行了適當的標記。此電路用於為3.7吋鋰離子電池充電,最大額定電流為1.5安培。
第 1 部分:輸入
一個 2 PIN 連接器連接到兩個不同的電容器,該連接器用於將電池充電連接到外部電源。 VIN 網路標籤用於連接一個模組和另一個模組,無需接線。這樣可以設計出清晰的原理圖,易於閱讀和修改,並節省整體時間。
第 2 部分:主 IC
這是一款 17 針 IC,所有連接均可按照 IC 數據手冊進行,其中 2 個 LED 用於充電指示。接地、網路標籤和線路清晰可見。在設計大型電路時,建議將整個電路劃分成此類小塊,並使用網路標籤進行連接。
第 3 部分:電荷控制
充電控制電路用於控制IC,其設計遵循IC資料表中給出的參數和連接方式。此處的電感、電容和二極體起到降壓轉換的作用。其他電容用於保持輸出電壓穩定,R10_CC_CTRL電阻用於將最大電流設定為1.5安培。
第 4 部分:輸出
這裡用到兩個接口,一個用來輸出,連接電池充電。另一個用於選擇兩節電池(1S/2S),單節還是雙節。
由於電源雜訊問題,有時會使用多個不同值的輸入和輸出電容。這些電容可以將任何雜訊繞過接地,使電路免受EMI(電磁雜訊)的影響。
在 EasyEDA 中建立 PCB 原理圖的步驟
步驟 1:註冊並開始新項目
● 前往EasyEDA網站註冊帳號。
● 點選“New Project”以建立一個空白的原理圖設計工作區。
步驟2:放置組件
● 開啟“Library” 面板,搜尋您需要的元件。 EasyEDA 擁有豐富的常用元件符號庫。
● 將元件拖曳到原理圖工作區中。
步驟3:連接組件
● 使用“Wire”工具在組件引腳之間繪製連接(網路)。
● 確保標記電源和地等關鍵網絡,以便清晰起見。
步驟 4:註釋原理圖
● 使用“Annotation” 工具自動為所有元件指派唯一的識別碼(例如,R1,C2)。
● 如有必要,請添加文字註釋或評論來解釋電路的複雜部分。
步驟5:執行電氣規則檢查(ERC)
● 執行 ERC 來偵測未連接的接腳或短路等問題。
● 修正該工具所反白的任何錯誤。
步驟 6:儲存並分享
● 將您的原理圖儲存到雲端或將其匯出為 PDF 或影像。
● 與合作者分享專案或將其匯出以進行 PCB 佈局。
高效率原理圖設計的技巧
導線是原理圖的主角,因為導線是用來連接元件。清晰且標記正確的電路的可讀性和可重複性遠勝於隨意繪製的電路。原理圖中導線和連接的一些關鍵方面:
組織:合理組織電線並適當標記以指示其功能,確保電流遵循預定的路徑。
顏色:在某些電子原理圖中,電線可能具有代表特定屬性的顏色代碼。例如電源、接地線或訊號連接,有助於快速識別。
端接:電線和元件之間的連接,通常以點或接頭表示,是電路中電流匯合或分流的重要點。
網路標籤佈線:它識別並命名特定的電氣連接或節點,透過減少繪製的線路數量來簡化電路圖。它有助於清晰地指示哪些點是電氣連接的,而不會在視覺上使原理圖變得混亂。
使用網格捕捉:啟用網格捕捉,以便精確對齊組件和連接。
使用原理圖進行故障排除
隔離部分:故障排除時,使用原理圖隔離電路的特定部分。這有助於縮小潛在問題的範圍,並更有效地找到故障組件。
檢查連接:檢查組件之間的連接。尋找電路斷路、連接鬆脫或可能故障的組件。
電壓和電流測量:使用原理圖來了解電路中不同點的預期電壓和電流值。這些資訊在診斷問題時非常有用。
結論
精心設計的原理圖是成功PCB設計的基礎,可作為電路功能、故障排除和製造的藍圖。原理圖清楚地展示組件連接、電源分配和訊號流,從而簡化開發流程、減少錯誤並增強工程師之間的協作。
透過 EasyEDA 等工具,創建和管理原理圖變得更加直觀,無論是初學者還是專業人士都能設計出高效無誤的電路。結構合理的原理圖,包括標籤的網路、模組化的設計模組和清晰的註釋,確保了可讀性和易於修改。此外,在進行 PCB 佈局之前進行電氣規則檢查 (ERC) 有助於及早發現並糾正潛在問題。
最終,掌握原理圖設計對於開發高品質的電子系統至關重要。無論是處理簡單的電路還是複雜的多層PCB,結構清晰的原理圖都能確保從設計到生產的準確性、效率和無縫銜接。
持續學習
階層式設計:讓複雜 PCB 專案更易於管理
重點摘要 階層式設計能將複雜 PCB 專案,從難以管理的單頁原理圖噩夢,轉化為組織清楚、模組化且易於管理的系統。透過將大型原理圖拆分為具備清楚介面的功能區塊,工程師可以大幅改善組織性、減少錯誤、提升重用性,並讓團隊協作更加順暢。這種方法不僅能簡化除錯與佈局,也能帶來更好的 DFM 結果與更快上市時程,因此已成為現代複雜 PCB 設計的首選方法。 您是否曾經拿到一份把 300 個 元件 塞在同一頁上的原理圖,並忍不住想說:「這也太糟了吧」?網路線到處亂跑、標籤幾乎難以辨識,電源區塊還被高速訊號包圍。如果這聽起來很熟悉,那麼階層式設計正是您一直在找的方法。隨著電路板變得越來越複雜,把所有內容畫在一張巨大圖頁上的做法已經不再可行。現代產品會在同一片 PCB 上整合處理器、電源管理、RF 前端,以及數十種介面。 如果試圖用單一平面視圖處理所有內容,就等於是在要求錯誤、遺失連線,以及非常漫長的除錯流程發生。本文將拆解階層式設計的概念與特性、它的優點,以及必須遵守的核心規則。我們也會說明如何將階層式專案從原理圖推進到製造,以及 JLCPCB 這類製造商在其中扮演的角色。 了解 PCB 專案中的階層式設計 什麼......
為什麼乾淨的 PCB 網表是成功製造的基礎
重點摘要 乾淨的 PCB 網表是成功製造的基礎,它是連接原理圖與實體 PCB 佈局的單一事實來源。透過確保元件資料、網路連接與版本控制的準確性,網表可避免高成本錯誤、提升良率,並實現可靠生產。掌握 IPC-D-356 網表最佳實務,可幫助工程師降低風險,並透過 JLCPCB 獲得高品質成果。 您是否曾好奇,精心繪製的原理圖與製造完成電路板上的真實銅箔走線之間,究竟是如何連結的?答案就是 PCB 網表。它是一個簡單的文字檔,包含設計中的所有電氣藍圖。否則,原理圖只是一張您正在設計內容的圖,而佈局也只會是幾何圖形。 在您的電路中,每一個電氣連接都應有一個單一事實來源:網表。它用來告訴佈局工具哪些腳位連到哪些網路、有哪些元件,以及它們彼此之間的關係。在本文中,我們將探討網表的意義、網表應包含哪些內容,以及即使是經驗豐富的工程師,在處理網表時也可能犯下的常見錯誤。 原理圖設計與實體佈局之間的橋樑 基本上,PCB 網表是一個 ASCII 文字檔,包含電路中的所有電氣連接,但不包含圖形資料。您可以把它視為一個抽象層級。原理圖代表設計意圖,由符號與連線組成。您的PCB 佈局則以焊盤、走線與導孔呈現實體現實。網表......
為什麼導孔縱橫比對可靠的 PCB 製造至關重要
PCB 通孔 (Via) 長寬比基礎 你是否曾收到 PCB 批次,回流或熱循環後出現間歇性斷路?問題通常出在一個不受重視的參數:通孔長寬比 (Aspect Ratio)。它是板厚與鑽孔直徑的比值,直接決定電鍍通孔的可靠性。比例過高時,電鍍化學無法在孔深處沉積足夠銅,造成薄層、氣孔,甚至裂紋。 通孔長寬比定義與計算 通孔長寬比 = 板厚 / 鑽孔直徑(機械鑽孔直徑)。單位通常為毫米 (mm)。電鍍後孔徑會減少約 2 倍銅厚。 範例: 標準 2 層板:1.6 mm 厚板,0.3 mm 鑽孔 → 1.6 / 0.3 = 5.3:1 4 層板小孔:1.6 mm 板,0.2 mm 鑽孔 → 1.6 / 0.2 = 8:1 厚多層板:2.4 mm 板,0.2 mm 鑽孔 → 2.4 / 0.2 = 12:1,超過標準製程能力 長寬比對電鍍品質的影響 長寬比過高會造成: 孔壁中心銅層過薄 → 電氣弱點 氣孔與夾雜物 → 導電降低,熱循環時應力集中 孔壁裂紋 → 回流或熱循環時 Z 軸膨脹導致裂紋 標準指南與限制 通孔類型 典型長寬比範圍 板材背景 備註 標準通孔 6:1 – 8:1 2-6 層 FR4,1.6 ......
光電二極體與光電晶體的差異
兩個世紀以來,光敏元件已被廣泛應用,主要用於無線應用。從自動路燈到您的電視遙控器。光電二極體和光電晶體管是實現此功能的兩種最受歡迎的元件。這裡的主要原理是將光能轉換為電信號,然後處理這些電信號以採取進一步行動。然而,光電二極體和光電晶體管的操作過程、信號類型和應用有顯著差異。了解這些差異可以幫助您為您的電子設計選擇合適的元件。 什麼是光電二極體? 光電二極體是一種半導體電子元件,當光線照射到預先封裝的矽、砷化鎵、砷化銦鎵、碳化矽或其他半導體晶圓的背面或正面時,會產生電荷(基於電子和電洞對)。光電二極體本質上是一個 PN 接面二極體,但以逆向偏壓操作。當施加逆向偏壓時,會形成一個空乏區。當光線照射到接面時,所產生的電子和電洞對被稱為光電流。 光電二極體的電路符號 (指向二極體的箭頭表示入射光。) 結構 光電二極體是一個單一的 PN 接面。它由半導體材料組成,例如用於可見光和近紅外應用的矽 (Si),或用於紅外應用的砷化鎵 (GaAs)。 工作原理: 光電二極體主要在逆向偏壓下工作。在逆向偏壓下,空乏區擴大,更多由光感應產生的載流子有機會支持電流。操作有兩種模式: 光伏模式(無外部電源) 當光電二極體......
印刷電路板上空白區域鋪銅的重要性
在 PCB 設計中,過多的空白區域沒有銅箔會對製造和最終產品的品質產生負面影響。放置銅箔填充意味著用平面銅填充 PCB 上未使用的空間。這是 PCB 設計的重要一環,所有主要的 PCB 設計軟體都能自動放置銅箔填充。銅箔填充有助於建立 EMC,因為它能降低接地阻抗、透過減少電壓降來提高電源效率,並透過縮小迴路面積來減輕 EMI。 JLCPCB 擁有五座自營的智慧生產基地,並一直使用業界領先的設備和原材料來生產高品質 PCB。JLCPCB 對 PCB 的所有生產環節都有卓越的控制。在本文中,我們將一窺 JLCPCB 工廠,探討 PCB 如何進行電鍍和蝕刻,並了解為什麼在未使用的板面區域進行銅箔填充很重要,以及使用銅箔填充時需要注意的事項。 您可能會問:將未使用的區域留白難道不會因為使用較少的銅而節省成本嗎?答案是:會,但在空白區域保留銅對品質和良率有好處,而這些更為重要。 未使用的區域留白 未使用的區域以銅箔填充 外層銅箔填充:雙層與多層板 一旦乾膜被應用到板子上後,它們會被放入電鍍液中,使用固定電流進行電鍍。 已完成圖像轉移的 PCB 準備進行電鍍 未被乾膜覆蓋的裸露銅面,在電流的作用下,會因溶液......
使用 Raspberry Pi 與 PCB 設計探索物聯網應用
物聯網(IoT)正在影響我們與科技互動的方式。它指的是一個由實體裝置、車輛、家用電器和其他嵌入電子元件、軟體、感測器和連線功能的物品所組成的網路,使這些物件能夠連接並交換資料。由於其靈活性和低成本,Raspberry Pi 這種小巧且價格實惠的電腦,已成為物聯網應用的熱門選擇。在本文中,我們將探討如何將 Raspberry Pi 和 PCB 設計結合使用,以創造創新的物聯網應用。 物聯網應用的一個重要面向是連接裝置所有元件的電路板設計。在規劃階段,必須定義物聯網裝置、選擇感測器和致動器、確立電源需求,以及選定通訊協定。設計人員若能遵循物聯網應用的最佳 PCB 設計指南,就能確保其裝置安全、可行且值得信賴。 遠端監控和先進的動物追蹤、非接觸式體溫監測和天氣狀況追蹤偵察,以及自動化灌溉系統,僅是 Raspberry Pi 可應用於眾多物聯網(IoT)項目中的一小部分。 由於其低成本、體積小和低功耗的特性,使其成為製作易於設定和維護的物聯網裝置的絕佳選擇。設計人員可以透過將 Raspberry Pi 與 PCB 設計相結合,來創建滿足其專案特定需求的客製化解決方案。 Raspberry Pi 與 PCB......
