Jak rysowano schematy przed CAD?

Patrzyłem na schemat zakupionego starego zasilacza HP. Można go znaleźć tutaj , na stronach 60-61.

Schemat ten został narysowany na długo zanim CAD był narzędziem używanym przez inżynierów. Rzeczy wciąż rysowano ręcznie. Zastanawiałem się, jak odbywa się rysowanie dużych schematów. Dziś jesteśmy przyzwyczajeni do naszych fantazyjnych narzędzi EDA, które będą miały wiele fajnych funkcji do tworzenia dobrych schematów. Alternatywnie schematy dokumentacji są czasami rysowane w programach do grafiki wektorowej, takich jak Inkscape lub Illustrator, ponieważ mogą dawać starsze wyniki.

W naszych pakietach CAD mamy ładną automatyczną adnotację, to buduje nam niezłą BoM, jeśli ją poprawnie skonfigurujemy, a często pozwalają nam nawet wyodrębnić listy SPICE do symulacji i całą masę innych informacji na temat zasad projektowania i elektrycznych. Jeśli odkryjemy, że przeniesienie tego komponentu powoduje, że nasz schemat jest bardziej przejrzysty, po prostu przeciągnij i upuść - nie trzeba przerysowywać całego!

Stare schematy, które widzę, zawsze mają ładne spójne symbole - nie to, czego można oczekiwać od ręcznie rysowanych schematów. Czy używali szablonów, aby zawsze mieć dokładnie ten sam symbol tranzystora, rezystora, kondensatora itp.? A może te symbole zostały zdefiniowane w swoich wymiarach i po prostu narysowane i zmierzone za każdym razem? Czy mogą mieć małe kartki papieru z każdym narysowanym na nim symbolem, a następnie po prostu przesuwaj je, aby zrobić schemat, bez konieczności rozpoczynania od zera za każdym razem (myślę o starych papierach biurowych IKEA, w których masz mało wycięcia biurka i możesz je rozłożyć, aby wypróbować układy w swoim biurze)?

Wiem, że jest to pytanie otwarte, ale jestem ciekawy, jak wyglądały sprawy, zanim mieliśmy OrCAD, Virtuoso, KiCAD i Altium.

W Tektronix zostałem przeszkolony na kreślarkę elektroniki. Mieli do tego zajęcia. Jest dość podobny do szkicowania konstrukcji. Miałeś zwykłe ołówki, temperówki, specjalne gumki i papier, przechylony stół, kwadrat T, trójkąt itp. Te same podstawowe narzędzia handlu dla każdego rysownika. Dodano kilka dodatkowych narzędzi, takich jak ładne szablony do elementów elektronicznych i opisowe elementy obrazkowe (takie jak tuba oscyloskopowa - zobacz tutaj kilka pomysłów). Ale o to chodzi.

Różnica polega na tym, że szukali ludzi, którzy mieli wrodzone zrozumienie elektroniki i którzy „rozumieli” ideę przepływu elektronów od dołu do góry na stronie i przepływu sygnału od lewej do prawej. I kto mógłby wtedy wziąć dowolny losowy schemat, który zobaczył, zerwać go całkowicie na ziemię i ponownie narysować od podstaw, aby przestrzegał tych zasad, a także szybko komunikował koncepcje innym inżynierom elektronicznym. Oznaczało to również zdolność do rozpoznawania sekcji wspólnych dla wielu schematów (takich jak lustra prądu i napięcia odniesienia, stopnie wzmacniacza analogowego itp.)

Dorastając, spędziłem lata, próbując zrozumieć obwody, które widziałem w czasopismach Popular Electronics i Radio Electronics. Aby to zrobić, musiałem już zburzyć wszystkie układy obwodów, ponieważ zostały wydrukowane dla osób, które chciały je połączyć, nie rozumiejąc ich. Zawierały więc wszystkie szczegóły okablowania szyny zasilającej. Nic z tego tak naprawdę nie pomaga w zrozumieniu jak działa obwód. Pomogło mi to w kreśleniu elektroniki.

Jak ludzie obliczali sinus i cosinus lub logarytmy, a nawet pomnożyli duże liczby, zanim pojawiły się kalkulatory? Korzystali z książek ze stolikami w środku, a także ze szkolenia, aby prawidłowo z nich korzystać. Lub zastosowali reguły slajdów.

Życie się kończy. Narzędzia się zmieniają. Ale życie wciąż się kończy.

---

Pomyślałem, że dodam krótkie podsumowanie niektórych zasad przewodnich, aby poprawić zrozumienie obwodu.

Jednym z lepszych sposobów na zrozumienie obwodu, który na początku wydaje się być mylący, jest przerysowanie. Istnieje kilka zasad, których możesz przestrzegać, które pomogą ci nauczyć się tego procesu. Ale są też pewne dodatkowe umiejętności osobiste, które stopniowo rozwijają się z czasem.

Jak wspomniano na wstępie powyżej, po raz pierwszy nauczyłem się tych zasad w 1980 roku, biorąc udział w zajęciach Tektronix, które były oferowane tylko pracownikom. Ta klasa miała uczyć rysowania elektroniki ludzi, którzy nie byli inżynierami elektronikami, ale zamiast tego byliby przeszkoleni w stopniu wystarczającym do opracowania schematów instrukcji.

Zaletą zasad jest to, że nie musisz być ekspertem, aby ich przestrzegać. A jeśli podążasz za nimi, nawet prawie na ślepo, że powstałe schematy naprawdę łatwiej jest rozgryźć.

Reguły są następujące:

• Ułóż schemat tak, aby wydaje się, że prąd konwencjonalny przepływa od góry do dołu arkusza schematu. Lubię to sobie wyobrażać jako rodzaj kurtyny (jeśli wolisz bardziej statyczną koncepcję) lub wodospadu (jeśli wolisz bardziej dynamiczną koncepcję) ładunków przemieszczających się od górnej krawędzi do dolnej krawędzi. Jest to rodzaj przepływu energii, który sam w sobie nie wykonuje żadnej użytecznej pracy, ale zapewnia środowisko do wykonywania użytecznej pracy.
• Ułóż schemat tak, aby sygnały będące przedmiotem zainteresowania przepływały z lewej strony schematu na prawą stronę. Wejścia będą wtedy na ogół po lewej stronie, wyjścia na ogół będą po prawej stronie.
• Nie podłączaj zasilania do magistrali. Krótko mówiąc, jeśli przewód elementu przechodzi do uziemienia lub innej szyny napięciowej, nie należy używać drutu do łączenia go z innymi przewodami elementu, które również prowadzą do tej samej szyny / uziemienia. Zamiast tego po prostu pokaż nazwę węzła, np. „Vcc” i zatrzymaj się. Prawie gwarantowane wykorzystanie mocy na schemacie sprawia, że ​​schemat jest mniej zrozumiały, a nie bardziej. (Są chwile, kiedy profesjonaliści muszą przekazać coś wyjątkowego na temat szyny napięciowej innym profesjonalistom. Czasami zdarzają się wyjątki od tej zasady. Ale kiedy próbujemy zrozumieć mylący schemat, sytuacja nie jest taka i taki argument. „przez profesjonalistów, do profesjonalistów” wciąż tutaj zawodzi. Więc po prostu nie rób tego.) Ten pełny moment zajmuje pełne zrozumienie. Istnieje silna tendencja do pokazywania wszystkich drutów, które są zaangażowane w lutowanie obwodu. Oprzyj się tej tendencji. Chodzi o to, że potrzebne są przewodyzrobić obwód może rozpraszać. I chociaż mogą być potrzebne do działania obwodu, NIE pomagają w zrozumieniu obwodu. W rzeczywistości robią dokładnie odwrotnie. Więc usuń takie przewody i po prostu pokaż połączenia z szynami i zatrzymaj się.
• Spróbuj zorganizować schemat wokół spójności . Prawie zawsze możliwe jest „rozszarpanie” schematu, tak aby istniały węzły komponentów, które są ściśle ze sobą połączone, każdy ze sobą, oddzielonych tylko kilkoma drutami prowadzącymi do innych węzłów . Jeśli możesz je znaleźć, podkreśl je, izolując węzłyi najpierw skupiając się na rysowaniu każdego z nich w znaczący sposób. Nawet nie myśl o całym schemacie. Skoncentruj się na tym, aby każda spójna sekcja „wyglądała dobrze” sama z siebie. Następnie dodaj zapasowe okablowanie lub kilka elementów oddzielających te „naturalne podziały” na schemacie. Często będzie to prawie magicznie znajdować odrębne funkcje, które są łatwiejsze do zrozumienia, które następnie „komunikują się” ze sobą poprzez stosunkowo łatwiejsze do zrozumienia połączenia między nimi.

---

Oto przykład mniej czytelnego stopnia wzmacniacza CE. To trochę więcej schematu elektrycznego niż schematu. Sprawdź, czy potrafisz rozpoznać, że jest to stosunkowo standardowy wzmacniacz CE z pojedynczym stopniem BJT, CE:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Oto bardziej czytelny przykład tego samego obwodu. Tutaj, mimo że jest to projekt bootstrapped (co jest nieco rzadziej spotykane), możesz rozpoznać podstawową topologię CE i zacząć lepiej dostrzegać podobieństwa i różnice:

^{zasymuluj ten obwód}

Zauważ, że pozbyłem się przewodów zasilających i uziemiających. Zamiast tego po prostu zauważyłem, że niektóre punkty końcowe są przymocowane do jednej lub drugiej szyny lub uziemienia suppy mocy (+). Dla kogoś, kto to podłącza, nie jest to tak pomocne, ponieważ może przegapić potrzebne połączenie. Ale dla kogoś, kto próbuje zrozumieć obwód, te szczegóły połączenia przeszkadzają.

Zauważ też, że starannie ułożyłem nowy obwód, tak aby konwencjonalny prąd płynął od góry schematu w dół w kierunku jego dołu. Ogólna idea polega na wyobrażeniu sobie tego jako „kurtyny” przepływu elektronów (od dołu do góry) lub ładunków dodatnich od góry do dołu (konwencjonalne). Tak czy inaczej, jest to siła grawitacji, która powoduje, że kurtyna zwisa z góry do dołu.

Przepływając przez tę kurtynę prądów od góry do dołu, sygnał przechodzi od lewej do prawej. Jest to również bardzo pomocne dla innych próbujących zrozumieć obwód.

Łącznie te szczegóły pomagają zorientować czytelnika.

$C_1$$C_2$$R_6$$C_1$$R_4$$C_2$$R_6$

Pierwotny układ powyżej (mylący) znacznie utrudniłby możliwość zerowania w aspekcie ładowania początkowego (który może, ale może jeszcze nie być znany). Ale przynajmniej oznacza to, że jest o wiele mniej do skupienia się i próby zrozumienia , jeśli jest nieznany. (Pierwszy schemat sprawiłby, że od początku wszystko to byłoby prawie beznadziejne).

To może nie być najlepszy przykład, ale przynajmniej pokazuje, dlaczego pomaga unikać przewodów, które po prostu zasilają magistralę i dlaczego ważne jest, aby ustawić schemat z określonym przepływem konwencjonalnego prądu od góry do dołu i dla przepływu sygnału od lewej do prawej.

Lepszym przykładem (jeszcze nie podanym) byłby bardziej złożony obwód (który jako LM380). Pomogłoby to zilustrować węzły grup obwodów, które mogą być zorganizowane w osobne sekcje (ściślej splecione ze sobą, ale komunikujące się z inne sekcje za pomocą rzadszego zestawu przewodów przekazujących sygnały.) Zakończę to dołączeniem ładnie podzielonego schematu LM380 w celu zilustrowania tego punktu:

^{zasymuluj ten obwód}

$\pi$

Spróbuj sobie wyobrazić, jak by to było przeczytać, gdyby zasilacz i szyny uziemiające były połączone dodatkowym okablowaniem i / lub bez szczególnego ustawienia przepływu prądu na stronie.

Podczas mojej pierwszej pracy w 1975 r. W Bristol Aerospace (obecnie Magellan) mieliśmy dobre lotnictwo i wykwalifikowanych kreślarzy NASA, ale nadal robiłem rysunki w rozmiarach D i E, aby mikrofiszka nie tworzyła fałszywych kropek po rozmyciu optycznym, więc musiałem go przekonać użyj maksymalnego rozmiaru A, B i C, kondensując luki w symbolach i zmniejszając rozmiar czcionki. Ponieważ często musiałem pracować z 20 stron jednocześnie.

W mojej kolejnej pracy nasz kreślarz był ilustratorem, który mógł przekształcić każdy bałaganiarski rysunek o wysokiej gęstości na papierowej serwetce w piękne czytelne dzieło sztuki w ciągu kilku godzin, a nie dni (jak schemat blokowy każdego układu na płycie głównej). Skończył także na mojej czwartej pracy i był najlepszym kreślarzem, jakiego mieliśmy, podobnie jak Tektronix, HP i Hitachi.

Tak, użyli szablonów symboli.

W połowie lat siedemdziesiątych, kiedy zaprojektowaliśmy system z około 40 PCA, nie mieliśmy narzędzi do symulacji i szybkich sklepów z płytkami PCB, ani przyzwoitych narzędzi do układania. Narysowaliśmy go więc na siatce Mylar w skali 4x z kolorowymi ołówkami dla szerokości ścieżki kodu G i wysłaliśmy do Toronto w celu digitalizacji optycznej. Plany kontrolne zostały odesłane w ciągu tygodnia do zatwierdzenia, a następnie za dwa tygodnie.

To był 1976 rok. Przewijanie do przodu 15 lat później; Narzędzia fotograficzne zrobiłem w drukarni litograficznej z EE projektu tego samego dnia, a tablice dwustronne gotowe następnego dnia. W przypadku sześciowarstwowych płyt Getek i FPC dostałem trzy cytaty w ciągu jednej godziny przy użyciu tabeli liczb bez plików Gerbera i miałem prototypowe płyty (10) dostarczone w ciągu 48 godzin do jednego tygodnia, w zależności od pilności $ xK.

Zrobiłem to samo dla półotrawionych cynowanych mosiężnych osłon z cynowanej linii dla osłon radiowych 1 GHz do prototypów i kazałem je wykonać lokalnie w ciągu dwóch dni przy użyciu dostarczonych dwustronnych fototoolów. Następnie panel miał odłamywane wypustki na wewnętrznej krawędzi i można go było zmontować i przylutować do deski w kilka minut za pomocą narzędzi lutowniczych o dużej mocy lub palnika z mikropropanem na ściany ze zdejmowaną składaną pokrywą (około połowy lat 90.).

Oto uproszczony schemat i schemat blokowy licznika 4,5 GHz z dziennika HP dla instrumentu, który kupiliśmy w 1976 r. O rozdzielczości 1 Hz:

Kiedy pytam OP lub użytkowników o specyfikacje, spodziewam się, że nauczą się mieć takie szczegóły i udostępnią odpowiednie. Ale często są oni nieświadomi potrzeby dobrych specyfikacji, aby stworzyć dobry projekt.

Szybkie przewijanie do 1985 roku dzięki analizatorowi widma TEKTRONIX SA492. Może to być tylko 1% całego schematu i zostało wykonane w sposób łatwy do zrozumienia, a instrukcja była w sposób hierarchiczny, podobnie jak w przypadku PADS dwg.

Jest to jeden z najlepszych modeli elektronicznych schematów do naśladowania i projektanci, którzy wybrali REFDES, aby ułatwić lokalizację od płytki do schematu. Symbol uziemienia jest tutaj ważny ze względu na konstrukcję ekranowania, w przeciwieństwie do symboli trójkątów, które często ignorują hałas. Później opublikuję link 32 MB z mojego dropboxa. Doświadczeni projektanci logiki prądowej (ECL) rozpoznają tutaj logikę opóźnienia i narastania poniżej nano sekundy. Użytkownicy LDO powinni zwrócić uwagę na niezbędne filtry RLC na wejściu dla aplikacji RF.

Oprócz szablonów były maszyny kreślące ...

oraz system liter Leroy opatentowany w 1925 r.

Amator mógłby również wyprodukować ładną płytkę drukowaną przy użyciu garści cienkich paczek z lokalnego sklepu. Nie potrzeba stołu kreślarskiego ani innych drogich materiałów eksploatacyjnych.

Można było kupić taśmę o szerokości (skali) śladów, wraz z naklejkami z podkładkami i tym podobne. Jest on umieszczony na przezroczystej plastikowej podstawie i albo stosowany bezpośrednio jako druk kontaktowy do ekspozycji zdjęcia na tablicy (typowy dla domowych robót), lub najpierw zredukowany za pomocą aparatu, jeśli musisz pracować na większą skalę.

Taśma jest cięta nożem dokładnie.

Plastikowe szablony do liter i symboli, pióra do rysowania tuszem w Indiach, tablica z linijką. Były też elastyczne linijki do krzywych lub „zestawów krzywych”, plastikowe linijki o dowolnym możliwym kształcie krzywej. Nadal je przechowuję wraz z linijką do obliczeń. Oczywiście nie używałem ich od dziesięcioleci.

Zarówno szablony, jak i długopisy były dostępne w różnych szerokościach linii. Po narysowaniu każdego elementu musisz poczekać, aż atrament wyschnie, zanim przeniesiesz szablon, w przeciwnym razie atrament rozmazałby się i zrujnowałby dzień pracy.

Inni respondenci skupiają się na tym, co było niewątpliwie najlepszą praktyką w branży.

Jednak żadna dyskusja na temat diagramów sprzed CAD nie jest kompletna bez odniesienia do Bad Diagram Horowitza i Hilla (Art of Electronics, Cambridge University Press, 1980) i towarzyszących im wskazówek.

Jest reprodukowany, za zgodą autora, na stronie http://opencircuitdesign.com/xcircuit/goodschem/goodschem.html

Nie widziałem żadnych wydań tej książki po wersji CAD, ale diagramy nadal stanowią dodatek w bieżącym wydaniu. https://artofelectronics.net/the-book/table-of-contents/