PCB 设计课程的前面有 4 节(2.3 - 2.6)讲述了从方案到原理图设计的一些重点环节,今天的课程就以我们的实战项目为例再来回顾一下前面四节课程讲述的要点。
 
 
上次的课程通过项目需求确定了具体的实现方案以及适用的器件:
 
通过 MCP1603 开关稳压从输入的 5V 直流电压得到 1.2V
 
通过 LDO LT1117-3.3 从输入的 5V 直流电压得到 3.3V
 
通过 LT3471 开关稳压得到+/-7V 带有开关噪声的直流电压,再通过 78L05 和 79L05 线性稳压器得到低噪声的+/-5V 直流电压
 
 
从方案到原理图三个重要的步骤:
 
找到相应器件的数据手册(一般是英文的,而且几十页),从数据手册中快速获取设计中需要用到的重要信息;
 
基于元器件的数据手册构建原理图符号库;
 
加载所有元器件的原理图符号库,参照数据手册中元器件的电路原理设计电路图
 
 
确定了元器件的型号,同一个型号有不同的封装,要定位跟你使用的封装相对应的型号,并找到这些器件型号的技术参数和数据手册,有四种渠道:
 
通过数据手册网站 - 比如 Datasheet5(www.datasheet5.com)
 
通过查找官方网站,比如 TI、ADI 等,可以通过搜索型号、关键词,也可以通过产品类别的分类检索找到自己需要的器件
 
通过查找分销商网站
 
通过查找汇集了十几家分销商网站所有信息的 BOM2BUY(www.bom2buy.com)网站
 

 

 
比如 MCP1603 这个器件,在阅读数据手册的时候一定要注意其有不同的封装,每种封装对应的管脚定义是不同的,对应的输出电压是不同的,原理图里面用到的器件型号一定要跟你最后购买的器件型号一致起来。
 
数据手册中还有关于各种情况下转换效率的曲线,参考的连接电路图。
 
 
数据手册中除了转换效率的曲线,还有实测的输出电压纹波信息,比如 MCP1603 的输出纹波为 10mV 左右,对于模拟电路供电是不合适的,再需要经过线性稳压进行噪声抑制(一般 40-80dB 的抑制度)。
 
数据手册中还会讲述电感的选用(电感值、饱和电流、材料等)、电容的选用(电容值、电容材料等)以及布局布线的时候需要特别注意的地方。
 
数据手册中可以看到你选定的封装的物理尺寸,根据这些信息来构建封装库。
 
数据手册中可以找到不同的输出电压、不同的封装、不同的温度系数对应的精准的器件型号,采购的时候必须严格按照这个选定的型号进行购买,否则拿到的实际器件跟你设计中用到的会有出入,导致电路无法工作。
 
 
再以 LT1117 为例, Linear Tech 公司出品的 LT1117 支持三种固定电压输出以及一种可调电压的型号,它有两种不同的封装,要根据自己的实际需求选定封装以及其对应的精确的型号。
 
LT1117 的输出电流可以支持到 800mA,压差低到 1.2V,所以要得到 3.3V 的输出电压,输入端的电压低到 4.5V 是可以工作的。
 
 
LT3471 的数据手册跟前面的器件的数据手册类似,都包括了相同的元素,因此熟练阅读几种器件的数据手册就可以摸清楚大致的脉络,将来在使用新的元器件的时候就能够高效地找到自己需要掌握的信息:
 
器件功能性能描述
 
参考电路
 
效率曲线
 
封装信息和相应的管脚分配定义
 
正常工作的时候的主要几个参数
 
电感的选用
 
 
接着:
 
电容的选用
 
二极管的选用
 
布局布线的建议
 
封装的物理尺寸
 
典型的参考电路,具体的应用中需要修改部分的配置器件的参数以适应不同的输出指标
 

 

 
78L05 和 79L05 有很多很多种,因为有很多很多厂商都有这个型号,每个厂商的型号也有不同的封装,所以要进行逐级筛选,以使用 Mouser 网站为例,一级级缩小范围,最后通过价格锁定自己需要的精准的型号。
 
 
选定了具体的型号,就要下载器数据手册,查看关键信息:
 
通过第一页的描述信息找到关键的功能、性能指标
 
多种封装对应的信息,找到自己喜欢用或者最适合用的封装
 
封装的物理尺寸信息
 
参考电路
 
 
性能曲线、工作参数
 
 
基于数据手册可以构建原理图符号库,其实原理图符号库也可以通过其它网站下载使用 - 权威的 Ultralibrarian(我们本项目中用到的器件在这个网站上都有),TI/ADI/NXP 等厂商的官方网站。
 
 
如果自己创建原理图库,就要注意:
 
符号库的创建要严格按照数据手册中每个管脚的命名以及编号,并根据信息流以及外部连接的方向
 
要注意对应其精准的器件型号以及封装
 
坐标原点放置在(0,0)处
 
 
根据这个项目的复杂程度,我们选定 A4 幅面的电路图纸,并在选定的图纸下面标记重要的信息
 
项目名称
 
设计者
 
版本号
 
设计日期
 
等等
 

 

 
将所有的元器件对应的原理图符号库加载到页面中,根据信号流程进行摆放,然后连接起来。最后在关键的位置标记重要的信息,给予说明,以便其他人甚至自己能够很容易地读懂这个电路图。同时在关键的信号点上放置测试点。
 
 
电路原理图设计好以后,生成采购清单 BOM 文件,这个时间点就应该开始备料了。很多人在做外 PCB 布线送出去打板的时候才开始备料,却因为有的元器件购买周期长而影响了项目的进程。
 
 
这是一个学员的电路图,存在很多问题:
 
设计电路有问题 - USB 的 D+/D- 短路
 
LT3471 的输入端接错了
 
这种分功能块画电路图的风格是一种坏习惯,容易导致连接问题而很难在审图的时候发现
 
 
这个网友的电路图存在的问题:页面选用的太大 - 打印出来审图的时候元器件会显得太小不方便审核
 
 
重新放大了一下电路图可以看出来很多其它的问题:
 
元器件编号不对
 
net 的使用方式是我强烈不建议的,这种方式最容易出问题而查不出来
 
元器件的型号没有写完整,会导致购买的器件跟画图中用到的器件不对应
 
 
这个网友的 BOM 清单给打 10 分(满分 100 分),严重不及格,下周三的课程专门将 BOM 的生成以及器件的备料。
 
 
拿一个规范的 BOM 清单做参考,规范的 BOM 中应该具备的要素。
 
 
修炼成一个合格的硬件工程师非常不容易,不仅要求很好的电路基础、规范化的设计理念,更重要的是在实践中不断总结提高。做完原理图只是整个设计流程中的一个小小的节点,已经牵扯这么多的问题了,因此需要学习的地方很多,不过不要气馁,只要用心,加强实战训练,一定能够成长起来。
 
你可以加入我们的技术交流群,同有经验的工程师一同交流。