分类： LINUX
2011-08-15 10:26:23
电器原理图及其构成
电器电路图有原理图、方框图、元件装配以及符号标记图等：
●原理图
电器原理图是用来表明设备的工作原理及各电器元件间的作用，一般由主电路、控制执行电路、检测与保护电路、配电电路等几大部分组成。这种图，由于它直接体现了电子电路与电气结构以及其相互间的逻辑关系，所以一般用在、分析电路中。分析电路时，通过识别图纸上所画各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作时情况。
电原理图又可分为整机原理图，单元部分电路原理图，整机原理图是指所有电路集合在一起的分部电路图。
●方框图（框图）
方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从某种程度上说，它也是一种原理图，不过在这种图纸中，除了方框和连线，几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上具体地绘制了电路的全部的元器件和它们的连接方式，而方框图只是简朴地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中加上简朴的文字说明，在方框间用连线（有时用带箭头的连线）说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理，而原理图除了具体地表明电路的工作原理之外，还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。
●元件装配以及符号标记图
它是为了进行电路装配而采用的一种图纸，图上的符号往往是电路元件的实物的形状图。这种电路图一般是供原理和实物对照时使用的。印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔，再将电路不需要的金属箔腐蚀掉，剩下的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线，然后将电路中的元器件安装在这块绝缘板上，利用板上剩余的导电金属箔作为元器件之间导电的连线，完成电路的连接。元器件装配图和原理图中大不一样。它主要考虑所有元件的分布和连接是否合理，要考虑元件体积、散热、抗干扰、抗耦合等等诸多因素，综合这些因素设计出来的印刷电路板，从外观看很难和原理图完全一致。
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●电器原理图的幅面与格式标准参照有关公司技术文件的标识
●参考技术文件编制格式
●技术文件封面包含内容及字体
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拟 制 |
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审 核 |
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批 准 |
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日 期 |
宋体四号 |
封面实例如下：
公司
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产品名称： 产品型号： 文件名称： 文件编号： 版 次： 拟 制： 审 核： 批 准： 日 期： |
电器原理图模板如下：
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① |
②
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工艺 |
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第 张 |
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④ |
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批准 |
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● 电路原理图模块：
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电路原理图A4（210×297）模板（竖）两种，可根据原理图大小选择。 |
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电路原理图A3（297×420）模板（横）两种，可根据原理图大小选择。 |
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电路原理图A2（420×594）模板（横）两种，可根据原理图大小选择。 |
●电器原理图元件图型符库：
其中电气部分参照GB/T 4728<<电气简图用图形符号>>来执行图形与符号的选用，电子元器件部分如果在有关国标里有缺失，可以自己设立标准元件库，大家共同参照实行即可，同时也要顾及到本公司电路设计人员长期使用习惯综合制定。
电路图的组成要素
●电路图主要由元器件符号标记、注释、连接线、连结点等四大部分组成。
1、元件符号表示实际电路中的元器件，它的形状与实际的元件不一定相似，甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元器件的特点，而且引脚的数目均与实际元件保持高度一致，一般有电气连接符号，IC符号，离散元器件符号（有源件与无源件），输入/输出连接器，电源与地等的符号。
2、连接线表示的是实际电路中的导线，在原理图中虽然是一根线，但在常用的印刷电路板中往往不是单独的线而是各种形状且联通的块状铜箔导电层。
总线：在电原理图中总线的画法一般是采用一条粗线，在这条粗线上再分支出若干连到各总线分支单元。
3、结点表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。在电路中还会有交叉的现象，为了区别交叉相连接与不连接，
3.1在电路图制作时，以实心圆点表示相连接
3.2以不加实心圆点或画个半圆则表示不相连的交叉点
3.3也有个别的电路图是用空心圆来表示不相连的
3.4其中3.2与3.3只能选择一条生效!
4、注释在电路图中是十分重要，电路图中所有的文字都归入注释—类。在电路图的各个地方都会有注释存在，它们被用来说明元件的型号、名称等等。
4.1如果采用彩色的电路图，一般给某种线路以某种特定颜色来加以区别表示，这也属于注释的一种。一般的约定是：供电的线路使用红色，发射的线路使用橙色，接收的线路使用绿色，时钟线路使用绿色，其它部分可使用黑色。
元器件的标注方法
●最基本的信息也即显示在图纸上包括元器件位号与元器件数值等参数的内容。
其中元器件位号一般根据元器件种类以不同的英文字符表示，一般以英文首位字母表示：
电阻 R；电容 C；电感 L；变压器 T；二极管 D；三极管 Q；继电器 RL；
集成电路 U；接插件 CB、CZ
再根据在机器内分板不同或者实现功能不同，可在字母前后加一位固定数值，例如：1RXX、C2XX等。长度一般控制在4个字符以下，少部分可以5个字符表示。而元器件值应该包含元件值和必要的额定值。
（元器件的标注方法一旦确定就必须全体参照执行！不得有二种以上的参数标注方法！）
● 电阻
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阻值范围 |
标注内容 |
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≤1ohm |
以小数表示，而不以毫欧表示 0RXX，例如0R47、0R033 |
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≤999ohm |
整数表示为 XXR，例如100R、470R；包含小数表示为XRX，例如4R7、4R99、49R9 |
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≤999K |
整数表示为 XXK，例如100K、470K；包含小数表示为XKX，例如4K7、4K99、49K9 |
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≤1M |
整数表示为 XXM，例如1M、10M；包含小数表示为XMX，例如4M7、2M2 |
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备注 |
电阻如只标数值，则代表其功率低于1/4W。如果其功率大于1/4W，则需要标明实际功率值。为区别电阻种类可在其后标明: CF碳膜、MF金属膜、PF氧化膜、FS熔断器。
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● 电容
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容值范围 |
标注内容 |
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≤1pF |
以小数加p表示，例如0p47 |
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≤999pF |
整数表示为 XXp，例如100p、470p |
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≤999nF |
整数表示为 XXn，例如100n、470n；包含小数表示为XnX，例如4n7、6n8；习惯上，接近1uF的电容也可以以0.XXu表示，例如0.1u、0.22u |
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≥1u |
整数表示为 XXu，例如100u、470u、1000u；包含小数表示为XuX，例如4u7、6u8；习惯上，大于1000uF的也可以Xm表示，1m=1000u；容值后标明耐压，以“/”与容值隔开。电解电容必须标明耐压，其他介质电容，如不标明耐压，则缺省定义为“耐压63V” |
●电感的电感量值标法同电容容量标法。
●二、三极管、集成电路以及继电器等标识按照其实际型号即可，如有特殊要求可加以标明。接插件标明脚数以及正反向等即可。
●字符要求
元器件值和普通说明文字一般使用Arial字体10号字高。标题性字符可自行设定字体和大小。字符的放置应尽可能靠近元件符号，并且注意不和周围字符交叠。
电原理图设计的基本要求
电子部分：
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在可以看清的情况，小电路一般情况采用A4版面；不使用网格，底色为白色 |
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每个模块独立画出，用虚线框框好，分清输入输出，一般是左侧输入右侧输出 |
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每个模块要标注模块名 |
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MCU最小系统不能做任何更改，各系统中的相同MCU的最小系统保持一致。 |
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以MCU为中心扩展其它模块，形成分级结构。网标命名原则是下一级硬件对象迁就上一级硬件对象，例如某一MCU的PTA1引脚控制一LED灯，应该在LED的引脚上标PTA1，而不是在PTA1引脚上标LED |
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对外接口的设计，原则上必须采用防止反插的功能 |
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设计时，每个电路板都应该设计有电源指示灯、故障指示灯等来表达电路的运行状态。实际使用时，若确实不需要这些指示灯，可以不焊接。 |
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文字标注可使用五号或小五号字体，电路原理图中的说明只使用汉字。 |
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电路绘制完成后，需要根据规定填写版权框中的有关信息, 如对应图纸的功能,文件名,设计人名等。 |
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原则上将各功能部分模块化,以便于通用与借用 |
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接插口(如电源插座, IN/OUTPUT,各端子口等)原则上分布在图纸的四周围, 示意出实际接口外形及每一接脚的功能. |
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可调元件(如电位器), 切换开关等对应的功能需标识清楚. |
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每一部件(如传感器，IC等)电源的去耦电阻/电容需置于对应脚的最近处. |
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滤波器件(如高/低频滤波电容,电感)需置于作用部位的最近处. |
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重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能. |
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CPU为整机的控制中心,接口线最多，故CPU周边需留多一些空间进行布线及相关标注,而不致于显得过分拥挤 |
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CPU 的设置二极管(如AREA1/AREA2, CLOCK1/CLOCK2等)需于旁边做一表格进行对应设置的说明. |
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去耦电容。电源输入端、数字电路、集成电路的电源和地线之间均应设置合适容量的去耦电容。去耦电容应尽可能采用高频特性较好的瓷片电容或多层陶瓷电容。 |
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为了减少干扰，必要时应对继电器动作电路和通过大电流的继电器接点设置阻尼电路。 |
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数字集成电路的无用端要接上拉或者是下拉，不能悬空 |
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运放电路的闲置正输入端要接地，闲置的负输入端与输出端连接。 |
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地线设置要求：信号频率小于1MHz时采用单点接地法；信号频率大于10MHz时采用就近接地的多点接地法。 |
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数字地与模拟地分开设置。但允许用磁环电感形成一个连接点 |
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保证系统各模块资源不能冲突，例如：同一I2C总线上的设备地址不能相同等 |
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在不影响电路指标的前提下，能用低速芯片就不用高速芯片。 |
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使用串联电阻的方法，降低控制电路中信号上升沿和下降沿的跳变速率。 |
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系统时钟频率尽可能低。 |
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高频区的退耦电容要选低ESR的电解电容或钽电容 |
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退耦电容容值确定时在满足纹波要求的条件下选择更小容值的电容，以提高其谐振频率点 |
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各芯片的电源都要加退耦电容，同一芯片中各模块的电源要分别加退耦电容；如为高频则须在靠电源端加磁珠／电感。 |
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在高频信号输出匹配无法准确仿真的情况下,可在其输出端串一非线绕电阻。 |
● MCU选择设计
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1 |
对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改。修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计，如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的，那么基本可以放心参照设计，但即使只有一个参考设计与其他的不一样，也不能简单地按少数服从多数的原则，而是要细读芯片数据手册，深入理解那些管脚含义，多方讨论，联系芯片厂技术支持，最终确定科学、正确的连接方式，如果仍有疑义，可以做兼容设计 |
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2 |
所选的元器件要是被广泛使用验证过的 |
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3 |
在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本 |
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4 |
原则上必须选择容易买到、供货周期相对短的元器件 |
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5 |
原则上必须选择pin to pin兼容芯片品牌比较多的元器件 |
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6 |
原则上必须选择以前老产品用过的元器件 |
● 电源部分的设计
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1 |
要考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如36V、15V、12V或者5V等，估计各组别需要多少功率或最大电流（mA）。在计算电源总功率时要预留一定的余量，可取2倍，即：电源总功率 =2×器件总功率 |
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2 |
考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般要求在正负5%以内。对于A/D转换芯片的参考电压一般要求正负1%以内 |
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考虑使用电源模块还是外接电源的方式提供工作电源 |
● 时钟设计
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1 |
20MHz以下的晶体晶振基本上是基波型器件，稳定度好，20MHz以上的多为谐波型泛音晶振（如3次谐波、5次谐波等等），稳定度差，因此强烈建议使用较低频率的器件，毕竟倍频用的PLL电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感，其稳定度和价格方面远远好于晶体晶振器件 |
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2 |
泛音晶振需要加接一基波抑制电感(2.5到10µH) |
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3 |
如果电路对时序有严格要求,可采用有源晶振 |
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4 |
对晶振温漂有严格要求者,可采用温补型晶振 |
● I/O口设计
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1 |
上拉、下拉问题：考虑用内部或者外部上/下拉电阻，内部上/下拉阻值一般在700Ω欧姆左右，低功耗模式不宜使用。外部上/下拉根据需要可选1KΩ～10KΩ之间 |
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2 |
开关量输入：一定要保证高低电压分明，理想情况下高电平就是电源电压，低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平，但高低仍有较大压差，可考虑用A/D采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点，要考虑分压电阻的选择，使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流，否则无法进行采样。 |
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3 |
开关量输出：基本原则是保证输出高电平接近电源电压，低电平接近地电平。I/O口的吸纳电流一般大于放出电流，对小功率元器件控制是最好采用低电平控制的方式。一般情况下，负载要求小于10mA可用芯片引脚直接控制；电流在10-100mA时可用三极管控制，100mA-1A时用IC控制；更大的电流则用继电器加以控制，同时还需要使用光电隔离芯片 |
上/下拉电阻
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1 |
输出高电平时要能满足其后的输入口，输出低电平满足其灌电流的最大值（否则多余的电流要流向级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了 |
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2 |
对于高速电路，大于10K的上/下拉电阻可能会使边沿变平缓 |
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3 |
设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。选上拉电阻时：500uA x 8.4K= 4.2即选大于8.4K时输出端能下拉至0.8V以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于0.8V即可。 |
● 通信接口
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1 |
如USB、RS-232/485，CAN，以太网接口等。设计接口时考虑按照模块板设计，各模块之间要独立。增加或删除某一接口时按模块取舍。 |
电器部分：
1、绘制主电路时，应依规定的电气图形符号用粗实线画出主要控制、保护等用电设备，如断路器、熔断器、传感器、热继电器、电动机等，并依次标明相关的文字符号
2、画控制电路控制电路一般是由开关、按钮、信号指示、接触器、继电器的线圈和各种辅助触点构成，无论简单或复杂的控制电路，一般均是由各种典型电路(如延时电路、联锁电路、顺控电路等)组合而成，用以控制主电路中受控设备的“起动”、“运行”、“停止”使主电路中的设备按设计工艺的要求正常工作。对于简单的控制电路：只要依据主电路要实现的功能，结合生产工艺要求及设备动作的先、后顺序依次分析，仔细绘制。对于复杂的控制电路，要按各部分所完成的功能，分割成若干个局部控制电路，然后与典型电路相对照，找出相同之处，本着先简后繁、先易后难的原则逐个画出每个局部环节，再找到各环节的相互关系。
3、同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热;
强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰;
4、需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理;
5、电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护
6、各电器元件的位置确定以后，便可绘制电器布置图。电气布置图是根据电器元件的外形轮廓绘制的，即以其轴线为准，标出各元件的间距尺寸。每个电器元件的安装尺寸及其公差范围，应按产品说明书的标准标注，以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。大型电气柜中的电器元件，宜安装在两个安装横梁之间，这样，可减轻柜体重量，节约材料，另外便于安装，所以设计时应计算纵向安装尺寸;
7、在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量、采用导线规格及出线位置等，选择进出线方式及接线端子排、连接器或接插件，并按一定顺序标上进出线的接线号。
电原理图绘制步骤
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1 |
设置SCH编辑器的工作参数(也可以采用系统内缺省参数) |
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2 |
选择图纸的幅面,标题栏式样,图纸的放置方向(横向或纵向) |
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3 |
放大绘图区，直到绘图区域呈现大小适中的栅格线为止 |
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4 |
在工作区域放置元器件：先放置核心元器件的电气符号图形，再放置其余元器件的电气符号图形 |
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5 |
调整元器件位置 |
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6 |
修改，调整元器件的标号、型号及其字体大小与位置等 |
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7 |
连线，放置电气节点，网络标号以及I/O端口 |
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8 |
放置电源及地线符号 |
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9 |
运行电气设计规则检查（ERC），寻找可能存在的设计缺陷 |
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10 |
加注释信息 |
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11 |
生成网络表文件（或直接执行PCB更新命令） |
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12 |
打印 |
图纸的更改
●对所有已正式下发的图纸的更改，必须按公司程序对更改方案经评审和批准通过后出具ECN（需符合公司关于ECN填写规范），并同时于图纸上明确的标注更改处，更改版本号，ECN号，并于规定的栏目内简要说明更改细节，更改原因等，更改才能正式生效，否则ECN将被视为无效。
文件名及图号编号规则
●XXX -XXX-XXXX VXX.SCH
1 2 3
1． 项目名。如Z4U、Z11U、W4、CKD等。
2． 部件名。如 0110、0210等，参见结构部件编号。
版本号。如 V1.1等。版本号需要和其他文件对应，请参看相关规定。
对电原理图的审核
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审核整体电路是否能实现设计目标的功能和目标成本； |
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审核整体电路是否符合设计目标的使用条件，如温度、湿度、EMC环境、振动与跌落条件、电源环境、设备体积、接口等要求 |
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审核整体电路是否满足所执行标准的相关指标和法律法规的要求 |
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审核所有器件和部件的供货、价格、装配使用的难易程度、可靠性等因素是否满足要求 |
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审核整体电路结构的合理性 |
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审核整体电路的可操作性，初步评估开发周期是否满足要求 |
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审核是否尽可能采用一些可靠、成熟、现成的电路或部件 |
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初步审核各个功能单元设计的合理性和正确性 |
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审核电路是否能满足重要参数的要求 |
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对于某些不确定的设计要求，审核电路是否预留了足够的变更空间以方便试制 |
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对于有EMC、高可靠性、高低温、高湿度、强振动、接口隔离、低功耗等特殊要求的，审核电路是否有做相关的设计处理 |
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对于新手设计的电原理图，应尽可能详细的审核，包括功能电路单元的器件参数、总线地址分配、重要元部件的选择等；并对PCB图的布局、电源、数字地线与模拟地线LAYOUT设计提出指导意见 |
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审核图纸格式是否符合有关技术文件管理规定的要求；图形表达方式是否符合GB 4728（电气图用图形符合）标准的要求 |
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