良好的電路圖具有可預測的流程，這不是定律，但如果你想讓其他PCB設計工程師一眼就能看懂你的電路圖，這就非常重要。

 

在我上一篇文章的評論部分，有一些關于繪制電路圖符號的討論，讓你的電路圖符號容易被理解是件重要的事。有時候你的電腦輔助設計(computer aided design，CAD)套件內的預先提供的符號就可以使用，然而大多數的時候無法運作。確認你有一個套件讓符號建立變得容易，因為你有時不得不重新繪制每一個元件，以及建立你將使用的新元件符號。CAD套件內的數萬個符號只是重新繪制時的一個開始。

 

良好的電路圖具有可預測的流程，該流程需要把輸入端放在左側與上方，而輸出端在右側與下方。這不是定律，但如果你想讓其他PCB設計工程師一眼就能看懂你的電路圖，這就非常重要。我可以大聲跟你說：「這樣做差在哪？！」意思是如果我的流程圖從左到右開始，「會有什么差別？」你可以馬上了解。半導體公司賺了這么多錢，并提供這么多的支援，有時候它們只想專注在元件本身，而不是流程。到目前為止，一些公司畫出它們的電路圖符號來模擬元件的接腳(pin-out)，而不是訊號流程(signal flow)，如圖1。

 

圖1 半導體元件供應商所畫的電路圖符號是模擬元件的接腳圖，而非訊號流程。

 

圖1中，六頻逆變器(hex inverter)U1不是非常有用，它將六個元件組合成一個符號，左右側都有輸入端和輸出端，接腳長度比他們需要的還長。U2的符號較好一點，輸入端在左側，輸出端在右側。像我這樣一把年紀的人不喜歡彩色襯底，因為黑白列印副本后都會讓黃色變成黑色，變得很難看得清楚。我設計了U3作為異質元件(heterogeneous part)，它有六個元件，以及顯示電源和接地的第七個元件，電阻RP1(Resistor pack RP1)是愚蠢的設計畫法，因為當電阻分布在圖上的各個地方時，你并不想弄亂你的電路圖。RP2顯示異質元件如何做到這一點。

 

一些半導體公司采用了ANSI符號來說明邏輯關系，這顯然是由需要分析的線性思考者所發明的，并不符合以圖像思考的類比PCB設計工程師的需求 (圖2)。

 

圖2 許多PCB設計工程師不喜歡ANSI/IEEE邏輯符號的畫法，甚至認為比無用的符號還糟，標示明確的邏輯符號比那些無用的符號更好。

 

所謂無用是由元件置入CAD套件中的方式判定，較好的方法是將元件分成兩半，更好的方法是把電源符號分開放在另外一個部分，這樣你就不會搞混訊號流程。一個類比PCB設計工程師只需要一些簡單的元件繪制說明，了解到底是怎么運作的。

 

對于多元件封裝(multi-part packages)來說，如同許多邏輯閘(Logic Gate)，需要將電路圖符號分開，因為你很少在電圖中看到它們被放在同一個地方。這同樣適用于雙通道運算放大器(dual op amps)或四通道運算放大器(quad op amps)。元件符號可采用德摩根等效視圖(DeMorgan equivalent view)來表示(圖3)。我很佩服可以看懂Boolean表達電路設計方式的PCB設計工程師，但我還是傾向以圖形表示，這樣的話我可以想像這些元件在D型閂鎖器(D-Latch)里的樣子，或多工器(multiplexor)中顯示輸入端的接腳。

 

圖 3 OrCAD 9在 1995年起采用反及閘 (NAND gate)的德摩根等效視圖。

 

電源接腳上下顛倒

事實上，Altium/CircuitStudio讓元件可透過不同的「模式」來做同樣的事情，如果你要使運算放大器符號具有負極接腳在正極接腳上方的模式，這會變得很方便。沒有等效符號(equivalent symbol)時，如果你垂直翻轉零件，它會把電源正極(plus power)放在下面，而電源負極(接地，ground)符號放在上面。若采用你繪制的德摩根等效視圖，你在置換輸入接腳的同時，讓電源和接地符號維持原本應該在的位置。解決這個問題的另一種方法是使用具有獨立功率(U6)的異質元件，然后你可以垂直地翻轉放大器并把負極接腳放在上方。

 

談到某個年代的電路程序設計，當時印刷電路板(PCB)還只有40個14根接腳去藕電容的邏輯晶片，和卡緣連接器(edge-card connector)。在1985年，DOS OrCAD甚至不能繪制三角形，這是當時普遍的困擾之處。許多公司認為在印刷電路板上只有一個電源正極(VCC)，這兩個「C」代表「共集極(common collector)」，所有這些邏輯閘供電給許多電阻的集電極，所以會看見電池正極(VCC)和接地(接電源負極)這兩個符號。CAD的程序設計師認為沒有必要在IC上顯示電源接腳，他們用「零長度(zero length)」接腳來代替，然后PCB布線設計時也將這些接腳取相同的名字。程序設計師認為當一切都歸結到網表(netlist)時，PCB設計工程師使用電路圖是愚蠢的。

 

說到接地，用「公共(common)」或「回流(return)」來表達更精確，除非你的電路連接到墻上插座的大地接地接腳(earth ground pin)，如圖 4。我承認這只是個人喜好，但我喜歡美式電源和電阻符號，在電阻和MOSFET的圓圈旁有清楚的N或P通道類型的標示。

 

圖 4 接地、電源、電阻、電晶體和 MOSFET等各種元件的符號。

 

我以前遇過一個教授，如果你在汽車收音機的電路圖上顯示大地接地符號，會把你當掉。用在汽車底盤是不同的符號，盡管Altium稱它為大地(Earth)，然而你大部份在PCB板上標示的應該是三角形符號，意味著公共或回流。我個人偏好使用箭頭表示電源，我從來沒有遇到過一個喜歡用歐洲式畫法，像是R1和R2來定義電阻器的PCB設計工程師，甚至Altium為R3符號來表示電位器也沒有任何意義，除非它有三個接腳，或是元件封裝(footprint)將兩個接腳短接起來。我也喜歡使用圓形來表示電晶體(transistor)、短接腳(short pins)，用字母N或P來清楚表示MOSFET的類型，并且繪制閘極接腳以更清楚地表達。我也會使用翻轉的P通道，將源極(source)標示在上方，這里是電源正極通過的地方。我對于Altium/CircuitStudio在本體二極體(Body Diode)的標示設計上，給予好評。

 

在現今的設計中，看不見電源和接地接腳所產生的問題是，總是會看到電路布線被錯誤地連接，讓你一直疲倦不堪。這是一個常發生的大問題，由于板面(plane)上可能會配置電源，所以重新繪制電路板，即使是一個原型(prototype)，都非常困難。因此，我們當中的許多人繪制電源接腳時會明確地標示。有三種方法標示多元件封裝，如四通道運算放大器(quad opamps)，如圖5。第一，您可以在每個元件畫上電源接腳；第二，可以只在一個元件上畫上電源接腳，并確認放上所有備用元件(spares)；第三，可以將四通道運算放大器繪制為五個元件組成的異質封裝，將每個四通道運算放大器當作一個元件，然后將電源和接地接腳與其分開標示。這樣做的優點是，可以將電源和接地元件與所有去藕電容器放在一起。缺點是你可能會忘記畫上那部分，然后一樣地發生悲劇，那個元件會無法接電，而不是接錯電源。一個訣竅是使電源接腳成為封裝的第一個元件，這樣當你去放置它時會最先顯示出來。你應該先放上所有的元件，然后才能你可以加偏壓(bias)在未使用到的元件上，使它們不振蕩。

 

圖5 多元件封裝的四通道運算放大器的三種標示法。

 

圖5中，繪制電源和接地符號時，不要使用零長度的接腳。相反地，繪制電源接腳時，如果你想要的話，可以畫在每個元件上(U1)。否則，你只能在套件上的一個元件繪制電源接腳，但務必放置所有元件，以便記得要連接電源(U2)。使用U3，你繪制一個有單獨元件的套件，此元件有電源與接地符號。優點是當你翻轉運算放大器時，能使負極接腳如電路規定的那樣放在電源正極的上方或下方。