数模电路基础知识 —— 2. 常见电路符号说明 (导线、电源、接地、变压器与保险丝)

1. 导线

1.1. 基本的连接方式

接线,也就是电路组建和组建的连接,对应于实际中就是电线、或PCB中的印刷线路。常见的接线有三种。

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 导线 (Wire) 最基本的组建与组建间的连接方式。
在这里插入图片描述 连接的导线 (Connected Wire) 两根导线彼此物理上连接在了一起,可互相通电。
在这里插入图片描述 未连接的导线 (Unconnected Wire) 导线与导线之间没有相互连接,不能通电。

1.2. 带有标签的导线

当一个设计图过于复杂时,如果所有的组建全部连接实线,会使得原理图特别杂乱。所以为了规整,并方便查看,会经常使用到类似「飞线」的方式,元件与元件之间不直接用实线连接,而通过标签、或在导线的一端用类似标签的符号+字符的形式进行注释,类似下面这个样子

在这里插入图片描述

上面是一份ESP32的PCB原理图,可以看到它不是所有组件都是用实现连接在一起,一些地方比如

在这里插入图片描述
「红色IO0」的位置就是所谓「飞线」,它们等价于两个组件间有相同标识的位置用实线连接,但是为了规整好看,并且组件化设计的需要而用这种形式进行了表示。

在使用上,导线带文字,或导线带标签的形式没有逻辑上的区别,它们的物理意义都一样的。

1.3. 总线

传统上,信号的传递过程,信号的发送和接收是一对一的关系,但是当发送和接收的关系变成了多对多时,就可以考虑使用总线,把控制器和多个设备单元连接在一起。

在这里插入图片描述
通过总线发送的指令,会同步的传递给所有在总线上的设备,而单独控制某个设备是否处理来自总线的指令可以通过控制该设备上的使能开关,使之作出响应。例如上面这个例子,数码管的引脚控制通过总线和单片机连接,而每个数码管的使能开关则单独接入单片机的某个引脚。

这样,当单片机需要输出数字7的时候,尽管通过总线使得所有的数码管都得到了相同的指令,但是我们可以再令除1号数码管外的其他设备的输出显示开关为低电平来达到只控制1号数码管显示数字7的目的。

另外,总线可以是一根导线,也可以是一组导线,具体多少根导线可以被当成一组总线,这要视你元器件的引脚与总线连接时,用了多少标识决定。

一般来说,为了避免错误,建议在设计中尽量减少这种「总线」的表示方式,而选择使用「带标签的导线」的形式。

1.4. 悬空

另外在有些设计中,也会看到这种元器件引脚上打上叉的情况,这表明该阵脚「悬空」,也就是不接入任何导线的意思。

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2. 电源

电源是驱动电路工作的「源」,驱动电路工作的电源一般来说主要有两种,一种是「交流电」,另一种是「直流电」。一般对于微电子来说,我们主要使用的是直流电,并且常见工作电压一般在 1.3V ~ 5.5V之间,而最常见的工作直流电压是3.3V和5V。

另外对于初学者来说,很多芯片的工作电压是5V,但是一些微控制器的工作电压在3.3V左右,使用的时候一定要先阅读芯片的技术手册,了解芯片的特点后再设计相关电路。

2.1. 直流、交流电

电路供电方案,可采取DC和AC供电,DC也就是直流(Direct Current),而AC就是交流(Alternating Current),关于交流等效直流电压的计算方法可以参考《电学基础知识 —— 1. 回路中的电压、电流、电阻、电功率计算式》

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 DC Supply 直流供电
在这里插入图片描述 AC Supply 交流供电

通常我们的电路是没有办法直接使用交流电的,所以必须要对交流电做整流,并且如果有必要,还需要通过电容滤波,所以一个比较经典的模式化电路,就是下面这样的整流滤波电路:

在这里插入图片描述

2.2. 电池供电

电池供电,是微电子电路最常用的一种供电方案。

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 Cell 单电池供电方案
在这里插入图片描述 Battery 多电池供电方案

在实际上,以上两种供电方案没有具体的区别。

2.3. 接地

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 Earth(Ground) 接地

尽管都是接地,但在实际设计中我们常有「高频信号接地」、「低频信号接地」、「低压供电接地」、「高压供电接地」这些概念的区分,并且在不同的EDA软件里,对上述不同类型的供电类型提供了不同的描述图标。

2.4. 太阳能

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 Solar Cell 太阳能电池供电

等效于电池供电,这个现在不是很常见,一方面由于太阳能受光照强度影响,导致供电不稳定;另一方面,有太阳能供电设计的电路价格相对较高。

2.5. 保险丝

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 Fuse 保险丝

保险丝一般串联在电路中,主要作用就是当电路电流超过一定阈值,就通过熔断的方式断开电路,起到对后续电路保护的作用。我们现在在市面上的保险丝主要有「一次性熔断」和「可反复热熔断」两种,后面一种的采购价格相对前一种比较高,也是集成电路里比较常用的一种保险丝,它的外观和贴片电容有一些像。

2.6. 变压器

符号 名称 说明
在这里插入图片描述 Transformer 变压器

变压器是两股导线分别绕在两段铁或铜上,利用法拉第电磁感应现象实现对供电电压降压或升压的装置,它只能用在交流电路中,在直流电路里只有先做逆变后才能使用这个装置,而它通常后面跟着一个整流滤波电路做AC- DC的转换,由于这种设计相对比较复杂,所以在使用直流的微电路里,我们通常直接使用一个震荡电路,后面再跟一个LC电路+二极管做直流的升压或降压。

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