2022年12月12日 | STM32典型原理图设计

不光是代码有可读性的说法，原理图也有。很多时候，原理图不仅仅是给自己看的，也会给其他人看，如果可读性差，就会带来一系列沟通问题。所以，要养成良好习惯，做个规范的原理图。

此外，一个优秀的原理图，还会考虑可测试性、可维修性、BOM表归一化等。

一、分模块

如上图所示，用线把整张原理图划分好区域，和各个区域写上功能说明，比如电源、STM32等。

这样可以让人更清晰、更快速地理解整个原理图，而调试、维修的时候也很容易根据问题来查找电路。

二、标注关键参数

如上图所示，标注了最大输出电流，这样可以方便别人修改电路的时候，知道电源能不能带得起负载。

同时，也可以写其它参数，比如输入电压范围、适用的温度范围，甚至是数字电路中的真值表等。

三、电阻、电容、电感、磁珠的注释

1、电阻

如上图所示，每个电阻都写上阻值、精度。针对大功率电阻，也可以写上功率，要视具体情况灵活变通。

一般对于开关电源上的采样电阻，以及运放电路上的电阻得用1%精度，上下拉电阻可以使用5%精度。

注意：这里的阻值不建议写成102，要直接写成1K。尽量不要让别人去做这个换算，或者人家也不会算。

2、电容

如上图所示，每个电容都写上了容值和耐压。针对高精度电容，也可以写上精度，或者是材质。比如，瓷片电容的材质有X7R、Y5V、NP0等。

注意：这里的容值不建议写成105，要直接写成1uF。

3、电感

如上图所示，每个电感都写上电感值和饱和电流。

4、磁珠

如上图所示，每个磁珠都写上阻值和对应的频率。

5、其它元件

其它元件也是和电阻、电容等类似，比如晶振8MHz 50ppm等，要举一反三。

四、可维修性

如上图所示，增加L1电感，以便维修时可以断开，更容易排查故障。这里可以使用电感、磁珠，或者0R电阻，视具体情况而定。

但是也有特殊情况，如果负载特别大，需要的串入的元件功率很大，成本增加太多，也是划不来的，这时便可以不加。

如果后面接的是QFP64封装之类芯片，功率又比较小，可以串入元件，因为QFP焊接不良的情况会比较多。

五、BOM表归一化

BOM表就是物料清单，尽量让物料的种类少一些，可以让采购员减少工作量，也会在生产上减少很多问题。

这里有两个上拉电阻，一个是4.7K，一个是10K，如果这个阻值影响不大的话，可以把它们都合并为10K。

去耦电容也是雷同的操作，要举一反三。

六、电源和地的符号

如上图所示，对于双电源系统来说，要在电源符号上写上正负号，单电源系统可以只写正号。

但千万不要用VCC，不然别人看的时候，还要观察一下是几V供电的。

如上图所示，只有一个地平面，则用GND；有数字地和模拟地，则用AGND、DGND。

另外，有一些系统还有视频地、音频地等，也要用不同的符号。

注意：不要把GND这些网络名给隐藏掉了，会容易出问题。

七、测试点

如上图所示，增加了测试点，测试点也就是一个圆形的pad，裸铜的。

在一些QFP、BGA、QFN封装的芯片，有的引脚很难用示波器测量，这时可以增加测试点，方便操作。

八、网络标号

如上图所示，PC7、PC6是接OLED12864的IIC接口。这里的网络标号增加OLED前缀，以减少网络标号的冲突，也增加了可读性。

同理，接温度传感器的网络可以写DS18B20_DATA，网络标号上增加了元件名。至于其它的芯片，也是一样的操作，所有的网络标号均使用大写字母。
九、容错性/兼容性

在设计初期，或是不经意，或是工期太赶，就没有那么多时间去研究电路上的接法是否正确。这时候，可以使用一些预留的电路，来提高整板的容错性。

如上图所示，假设工程师还不确定是RX对TX，还是RX对TX的时候，可以使用四个电阻来实现这两种接法（NC为不接）。

• 焊上R11和R14，不焊R12和R13时，是RX对RX，TX对TX的接法。
  

• 不焊R11和R14，焊上R12和R13时，是RX对TX，TX对RX的接法。

当调试通过后，再把这四个电阻去掉，并连上正确的接法。这样既能保证工期，又不会出错。

如果一个板子不太确定用STM32的F103，还是F407，此时可以做成兼容设计。

如上图所示，圆圈中可放置0R电阻，使用F103时，把0R焊上，电容不焊；使用F407时，把电容焊上，0R不焊。

当然，也可以预留其它电路，要举一反三。

十、NC、NF

原理图上常常出现NC和NF两种字符，如下图所示，是不接、不焊的意思。

• NC=Not connect 不接
  

• NF=Not Fix 不安装

当然，NC也可以表示为normal close常闭，在继电器、接触器上用的多，要视具体情况来辨认。

十一、版本变更
很多时候，一个电路不是一版就成功的，它会经历很多版本，每个版本都有变更的地方，这时要明确地标注出来。

如上图所示，明确地指出，V2版本把C12改成10uF，以便出现问题，容易追溯。

十一、悬空引脚

悬空引脚也要画上X。

十二、可扩展性

很多时候，需求是不断变化的。如果仅仅针对当前需求来设计，一旦将来有改动，又要重新打板。

所以，很有必要增加一些预留的引脚、电路，以便快速验证整板的功能是否满足新需求。如下图所示，就预留了一些IO口。

十三、防呆

有一些接口是不防呆的，也就是存在两种或多种接法。

如上图所示，4P杜邦线（合在一起，没有分开的），有两种接法：一种是红黑白黄；另一种是黄白黑红。

然后，该座子在原理图上是上图所示的定义，那么会有一种接法导致电源接反，可能会烧坏元件。

如果原理图是设计成这样，则不会烧坏元件，因为3.3V电源也就加在GPIO口上而已。

要做防呆，可以使用防呆的座子，比如USB座、航空接口等。

也有另一种方法——对称设计法。

如上图所示，引脚的排列是对称的，也就是无论怎么接，都是没问题的，只是成本会有所增加。

还有一种方法适用于直流电源的接口，一般是门禁系统用的多。

如上图所示，增加一个整流桥，不管+13.4V和PGND怎么接，在1、3引脚上都能产生正确的+12V和GND。

当然，这种方法也要考虑成本和功耗等。

十四、信号的流向

一些模拟电路，需要标明信号的流向。

如上图所示，标明了定向耦合器中的信号流向。

十五、PCB走线规则与建议

如果PCB不是你画的，那么可以在原理图上标明PCB的走线规则或者建议。

如上图所示，标明了一对差分线在PCB上的处理方法。

十六、不使用表示取反

一旦用了，就有可能被wire挡住，然后看不到，从而导致网络可能连接不正确，可以考虑用#来表示取反。