理解示意圖:設計逐步解說
1 分鐘
- 什麼是電路圖?
- 理解電路圖:
- 如何解讀電路圖
- 電路圖設計最佳實踐
- 從電路圖到 PCB 設計
- 結論
每個電子設計都基於一份電路圖。這份電路圖 是藍圖,顯示電子元件如何連接以形成電路。電路圖如同路線圖,指出電流與訊號將如何從輸入級流向輸出級。在實際製作 PCB(印刷電路板)之前,我們通常先設計電路圖。當需要修改電路時,主要工作先在電路圖層級完成,之後再依規格調整 PCB。此外,在電路運作與除錯時,電路圖與線路圖也扮演重要角色。
本文將檢視一份可實際運作的電路圖,其中結合了:電源、輸入處理、數位訊號處理器(DSP)、輸出級、LCD 顯示器,以及透過微控制器進行控制。這是一塊已完全測試並製作完成的 PCB,可供教學使用。理解電路圖的每個部分,也能讓你深入了解這份電路圖如何為PCB 設計提供指引。
什麼是電路圖?
電路圖是電子電路的符號化表示。它並非顯示實體外形或走線方式,而是使用符號代表電阻、電容、IC 與連接器等元件。電路圖用於佈線與印刷電路板(PCB)設計。線條表示電氣連接,對標示訊號、電壓與接地參考非常重要。在 PCB 設計流程中,電路圖階段(第一步)將設計的邏輯與功能定義到佈局或走線上。
理解電路圖:
這份電路圖 展示了一個音訊訊號處理系統,類比立體聲輸入經過調整後,由 DSP 處理。此外,使用 Arduino Nano 作為控制器,數值會顯示在 LCD 上,並輸出立體聲音訊供放大使用。為了完全理解,我們可依序檢視每個部分。讓我們逐一討論電路圖的各區塊:
1. 電源區塊
電源區塊為所有其他區塊提供乾淨且穩定的供電電壓。其中有一個 DC 插座,為電路提供穩定的 +12V 電源。一顆二極體用於反接保護,由於電流需求不大,我們使用 Arduino 的板載穩壓器。整個組件透過滑動開關控制 ON/OFF。
2. 輸入區塊
輸入區塊中的電阻(R1、R2)與電容(C10、C11)處理輸入的左右音訊通道(LIN、RIN)。LIN 與 RIN 是網路標籤,這些網路連接到數位訊號處理器的第 11 腳與第 15 腳。輸入端的電容用於去除直流偏移,電阻則用於平衡訊號位準與阻抗,為 DSP 階段的乾淨處理做好準備。
3. DSP(數位訊號處理器)
PT2313 IC 是一顆 28 腳的數位訊號處理器,用於處理音量、音調與聲道控制。
- 透過 I2C 線(SCL、SDA)與微控制器通訊。
- 接收音訊輸入(LIN、RIN)並產生處理後的音訊輸出(LOUT、ROUT)。
- 電容(C8、C9、C2)負責濾波與穩定。
這是設計的核心,負責數位化地操控聲音。
4. 輸出區塊
此處的電容(C1、C3、C5、C8)將處理後的音訊傳遞給外部放大器或喇叭,它們阻擋直流偏移並平滑訊號,以獲得清晰的聲音重現。在 PCB 佈線時,應妥善規劃走線,將通道間的雜訊耦合降至最低。
5. MCU 與控制區塊
Arduino Nano(U1)負責系統控制與通訊,透過 I²C 線(SCL、SDA)與 DSP 介接。它讀取按鍵或編碼器的輸入,並使用下拉電阻(R5、R6)確保邏輯穩定。此區塊確保使用者互動即時且可靠。
6. LCD 區塊
LCD 顯示系統參數、音量與輸入來源,透過 I²C 與 MCU 連接,簡化接線。SCL 與 SDA 為網路標籤,可在區塊間連接而無需實體走線。進行 PCB 設計時,LCD 連接器應靠近板邊擺放,以便觀看與操作。
如何解讀電路圖
電路圖分析電流與訊號如何從電源到輸入、處理,最終到輸出的流動路徑。電路圖可能包含多個電路區塊,通常由左至右或由上至下閱讀。電路常有重複模式。快速閱讀方法如下:
- 電源區塊:
從這裡開始。找出電壓源(VCC、+12V)與接地(GND)。檢查二極體與電容是否用於保護與濾波。 - 輸入區塊:
尋找標示 IN、LIN 或 RIN 的連接器。此處的電阻與電容用於濾波並為下一級準備訊號。 - 處理區塊(IC 或 MCU):
這是主要邏輯或訊號控制區塊,如 DSP 或微控制器。跟隨進入 IC 的輸入線,並注意 SDA 與 SCL 通訊線。 - 控制區塊:
包含連接到 MCU 的按鍵、編碼器或開關,供使用者控制(例如音量或輸入切換)。 - 輸出區塊:
處理後的訊號經由電容輸出至喇叭或外部連接器(標示 OUT、LOUT、ROUT)。
檢查流程:依此順序追蹤訊號:電源 → 輸入 → 處理 → 輸出。使用網路標籤與參考名稱(R1、C3、U2)來跟隨連接。
電路圖設計最佳實踐
- 透過將相關元件分組成功能區塊,保持清晰的階層結構。
- 務必為網路與元件命名,避免混淆並提升電路圖可讀性。
- 在每顆 IC 的 VCC 腳附近加上去耦電容。
- 確保電源與接地於整張電路圖保持一致。
- 適當標註元件值、料號與參考編號,維持設計清晰度。
從電路圖到 PCB 設計
電路圖開發與驗證完成後,便會轉入 PCB 佈局。使用方式如下:
- 產生網表:電路圖產生網表,傳遞所有電氣連接。。
- 元件擺放:依照邏輯流程在板上擺放元件。。
- 佈線: 繪製走線實際連接網路。
- 驗證: 電氣規則檢查(ERC)與設計規則檢查(DRC)進行驗證。
乾淨的電路圖將有助於 PCB 設計與文件化作業快速且可靠。
結論
電路圖不僅是一張圖,更是 PCB 背後的依據與智慧。徹底理解電路圖與工作原理後,你就能做出更好的電路板。本文範例使用 DSP,僅為設計導覽之用。尚有許多議題,如 SI/PI 分析與高速設計考量,都可透過電路圖與選用元件加以釐清。我們無需從頭設計整個電路,每顆 IC 都附有資料手冊與參考文件可解決問題。但將所有區塊以獨特且易理解的方式整合,才是挑戰所在。在此,我們嘗試從設計師角度將電路圖標準化。未來將帶來更多 PCB 與電路的設計導覽。
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