Wie wurden Schaltpläne vor dem CAD gezeichnet?

Ich habe mir das Schema eines alten HP-Netzteils angesehen, das ich gekauft habe. Es befindet sich hier , um Seite 60-61.

Dieses Schema wurde lange bevor CAD ein Werkzeug für Ingenieure war, gezeichnet. Die Dinge wurden immer noch von Hand gezeichnet. Ich fragte mich, wie das Zeichnen großer Schaltpläne ablief. Heute sind wir an unsere ausgefallenen EDA-Tools gewöhnt, die eine Menge nützlicher Funktionen enthalten, um gute Schaltpläne zu erstellen. Alternativ werden Diagramme für die Dokumentation manchmal in Vektorgrafikprogrammen wie Inkscape oder Illustrator gezeichnet, da sie bessere Ergebnisse liefern können.

In unseren CAD-Paketen haben wir eine nette Auto-Annotation, die uns eine schöne Stückliste bildet, wenn wir sie richtig eingerichtet haben, und oft erlauben sie uns sogar, SPICE-Netzlisten für die Simulation und eine ganze Menge anderer Informationen über Design und elektrische Regeln zu extrahieren. Wenn wir feststellen, dass das Verschieben dieser Komponente unseren Schaltplan übersichtlicher macht, ziehen wir sie einfach per Drag & Drop - es ist nicht erforderlich, das Ganze neu zu zeichnen!

Die alten Schaltpläne, die ich sehe, haben immer schöne konsistente Symbole - nicht das, was Sie von handgezeichneten Schaltplänen erwarten würden. Haben sie Schablonen verwendet, um immer genau dasselbe Symbol für Transistor, Widerstand, Kondensator usw. zu haben? Oder wurden diese Symbole in ihren Dimensionen definiert und jedes Mal neu gezeichnet und ausgemessen? Haben sie vielleicht kleine Zettel mit jedem Symbol darauf und bewegen Sie diese dann einfach, um den Schaltplan zu erstellen, ohne jedes Mal von vorne anfangen zu müssen (ich denke an diese alten IKEA-Schreibtischpapiere, auf denen Sie wenig haben Ausschnitte ihrer Schreibtische und Sie könnten sie auslegen, um Layouts in Ihrem Büro auszuprobieren)?

Mir ist bewusst, dass dies eine offene Frage ist, aber ich bin gespannt, wie es war, bevor wir OrCAD, Virtuoso, KiCAD und Altium hatten.

Ich wurde bei Tektronix zum Elektronikzeichner ausgebildet. Sie hatten Unterricht dafür. Es ist dem Zeichnen für den Bau ziemlich ähnlich. Sie hatten die üblichen Stifte, Bleistiftspitzer, spezialisierten Radierer und Papier, einen geneigten Tisch, ein T-Quadrat, ein Dreieck usw. Die gleichen grundlegenden Werkzeuge des Handels für jeden Zeichner. Es wurden einige zusätzliche Tools hinzugefügt, wie z. B. einige schöne Schablonen für elektronische Komponenten und beschreibende Bildelemente (wie eine Oszilloskopröhre - hier finden Sie eine Vorstellung davon.) Aber das war es auch schon.

Der Unterschied besteht darin, dass sie Leute suchen, die ein angeborenes Verständnis für Elektronik haben und die Idee des Elektronenflusses von unten nach oben auf der Seite und des Signalflusses von links nach rechts "verstanden" haben. Und wer könnte dann einen beliebigen Schaltplan nehmen, den er gesehen hat, ihn vollständig auf den Boden reißen und von Grund auf neu zeichnen, damit er diese Regeln einhält und Konzepte schnell an andere Elektronikingenieure weitergibt. Dies bedeutete auch, Abschnitte erkennen zu können , die vielen Schaltplänen gemeinsam waren (z. B. Stromspiegel und Spannungsreferenzen, analoge Verstärkerstufen usw.).

Als ich aufwuchs, hatte ich jahrelang versucht, Schaltkreise zu verstehen, die ich in den Zeitschriften Popular Electronics und Radio Electronics gesehen hatte. Zu diesem Zweck musste ich bereits alle diese Schaltungslayouts abreißen, da sie für Leute gedruckt wurden, die sie verkabeln wollten, ohne sie zu verstehen. Daher enthielten sie alle Details zur Strombusverdrahtung. Nichts davon hilft wirklich so viel beim Verstehen, wie eine Schaltung funktioniert. Das hat mir also bei der Entwicklung von Elektronik geholfen.

Wie haben die Leute Sinus und Cosinus oder Logarithmen berechnet oder sogar große Zahlen multipliziert, bevor es Taschenrechner gab? Sie benutzten Bücher mit Tischen darin, zusammen mit dem Training, um diese Tische richtig zu benutzen. Oder sie verwendeten Rechenschieber.

Das Leben wird getan. Die Werkzeuge ändern sich. Aber das Leben wird noch getan.

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Ich dachte, ich würde eine kurze Zusammenfassung einiger der Leitprinzipien hinzufügen, um das Verständnis einer Schaltung zu verbessern.

Eine der besseren Möglichkeiten, eine Schaltung zu verstehen, die auf den ersten Blick verwirrend erscheint, besteht darin, sie neu zu zeichnen. Es gibt einige Regeln, die Sie befolgen können, um diesen Prozess besser kennenzulernen. Es gibt aber auch einige zusätzliche persönliche Fähigkeiten, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln.

Wie eingangs erwähnt, lernte ich diese Regeln 1980 zum ersten Mal, als ich an einem Tektronix-Kurs teilnahm, der nur seinen Mitarbeitern angeboten wurde. Diese Klasse sollte Personen, die keine Elektronikingenieure waren, das Zeichnen von Elektronik beibringen, aber stattdessen ausreichend geschult sein, um bei der Erstellung von Schaltplänen für ihre Handbücher zu helfen.

Das Schöne an den Regeln ist, dass Sie kein Experte sein müssen, um sie zu befolgen. Und das, wenn Sie ihnen folgen, sogar fast blind, dass die resultierenden Schaltpläne wirklich leichter herauszufinden sind.

Die Regeln sind:

• Ordnen Sie den Schaltplan so an, dass der herkömmliche Strom von oben nach unten auf dem Schaltplanblatt zu fließen scheint. Ich stelle mir das gerne als eine Art Vorhang (wenn Sie ein statischeres Konzept bevorzugen) oder als Wasserfall (wenn Sie ein dynamischeres Konzept bevorzugen) von Ladungen vor, die sich von der Oberkante zur Unterkante bewegen. Dies ist eine Art Energiefluss, der selbst keine nützliche Arbeit leistet, sondern die Umgebung bietet, in der nützliche Arbeit erledigt werden kann.
• Ordnen Sie den Schaltplan so an, dass interessierende Signale von der linken Seite des Schaltplans zur rechten Seite fließen. Die Eingänge befinden sich dann in der Regel links, die Ausgänge in der Regel rechts.
• Machen Sie keinen "Bus" um. Kurz gesagt, wenn eine Leitung einer Komponente zur Erde oder zu einer anderen Spannungsschiene führt, verwenden Sie keinen Draht, um sie mit anderen Komponentenkabeln zu verbinden, die ebenfalls zur gleichen Schiene / Erde führen. Zeigen Sie stattdessen einfach einen Knotennamen wie "Vcc" an und stoppen Sie. Es ist fast garantiert, dass die Stromaufnahme eines Schaltplans weniger verständlich ist, nicht mehr. (Es gibt Zeiten, in denen Profis anderen Profis etwas Einzigartiges über einen Spannungsschienenbus mitteilen müssen. Daher gibt es manchmal Ausnahmen von dieser Regel. Wenn Sie jedoch versuchen, einen verwirrenden Schaltplan zu verstehen, ist die Situation nicht die eine oder andere "Von Profis zu Profis" scheitert hier immer noch. Also tu es einfach nicht.) Es dauert einen Moment, bis du alles verstanden hast. Es besteht eine starke Tendenz, alle Drähte anzeigen zu wollen, die beim Löten eines Stromkreises beteiligt sind. Widerstehen Sie dieser Tendenz. Die Idee hier ist, dass Drähte benötigt werdenmachen einen Stromkreis kann ablenken. Und während sie möglicherweise benötigt werden, um die Schaltung zum Laufen zu bringen, helfen sie Ihnen NICHT, die Schaltung zu verstehen. Tatsächlich machen sie genau das Gegenteil. Entfernen Sie also solche Drähte und zeigen Sie nur die Verbindungen zu den Schienen und stoppen Sie.
• Versuchen Sie, den Schaltplan um den Zusammenhalt zu organisieren . Es ist fast immer möglich, einen Schaltplan zu "zerreißen", so dass es Knoten von Komponenten gibt, die fest miteinander verbunden sind und dann nur durch wenige Drähte von anderen Knoten getrennt sind . Wenn Sie diese finden können, betonen Sie sie, indem Sie die Knoten isolierenund sich zunächst darauf konzentrieren, jedes auf eine sinnvolle Weise zu zeichnen. Denken Sie nicht einmal an den gesamten Schaltplan. Konzentrieren Sie sich einfach darauf, dass jeder zusammenhängende Abschnitt für sich "richtig aussieht". Fügen Sie dann die Ersatzverdrahtung oder einige Komponenten hinzu, die diese "natürlichen Unterteilungen" im Schaltplan trennen. Dies wird oft dazu neigen, beinahe auf magische Weise bestimmte Funktionen zu finden, die leichter zu verstehen sind und die dann über relativ leichter zu verstehende Verbindungen miteinander "kommunizieren".

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Hier ist ein Beispiel für eine weniger lesbare CE-Verstärkerstufe. Es ist eher ein Schaltplan als ein Schaltplan. Sehen Sie nach, ob Sie feststellen können, dass dies ein relativ standardmäßiger CE-Verstärker mit einem Bootstrap ist:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Hier ist ein besser lesbares Beispiel derselben Schaltung. Hier können Sie, obwohl es sich um ein Bootstrap-Design handelt (das etwas seltener auftritt), die grundlegende CE-Topologie erkennen und Gemeinsamkeiten und Unterschiede besser erkennen:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Beachten Sie, dass ich das Netzteil und die Erdungsbuskabel entfernt habe. Stattdessen habe ich einfach bemerkt, dass bestimmte Endpunkte an der einen oder anderen Stromversorgungsschiene (+) oder am Boden angebracht sind. Für jemanden, der dies verkabelt, ist es nicht so hilfreich, weil er möglicherweise eine Verbindung verpasst, die er benötigt. Aber für jemanden, der versucht, die Schaltung zu verstehen, stören diese Verbindungsdetails nur.

Beachten Sie auch, dass ich die neue Schaltung sorgfältig so angeordnet habe, dass konventioneller Strom von oben nach unten in Richtung der Unterseite des Schaltplans fließt. Die allgemeine Idee ist, sich dies als eine Art "Vorhang" für den Elektronenfluss (von unten nach oben) oder positive Ladungen von oben nach unten (konventionell) vorzustellen nach unten.

Durch diesen Vorhang von Strömen von oben nach unten fließt das Signal von links nach rechts. Dies ist auch sehr hilfreich für andere, die versuchen, eine Schaltung zu verstehen.

Kombiniert helfen diese Details, einen Leser zu orientieren .

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

Das obige ursprüngliche Layout (das verwirrende) würde die Fähigkeit, sich auf den Bootstrapping-Aspekt zu konzentrieren (der möglicherweise bereits bekannt ist oder nicht), erheblich behindern. Zumindest bedeutet dies, dass Sie sich viel weniger darauf konzentrieren und versuchen müssen, ihn zu verstehen , falls nicht bekannt. (Der erste Schaltplan würde all dies von Anfang an beinahe hoffnungslos machen.)

Dies ist vielleicht nicht das beste Beispiel, aber es zeigt einige Gründe, warum es hilft, Kabel zu vermeiden, die lediglich Strom versorgen, und warum es wichtig ist, den Schaltplan mit einem bestimmten Fluss konventionellen Stroms von oben nach unten und für ein Signal zum Fließen anzuordnen von links nach rechts.

Ein besseres Beispiel (noch nicht bereitgestellt) wäre eine komplexere Schaltung (wie die für den LM380). Dies würde dazu beitragen, die Knoten von Schaltkreisgruppen zu veranschaulichen, die in getrennten Abschnitten organisiert werden können (die in sich enger verwoben sind, aber mit einander kommunizieren) andere Abschnitte über einen sparseren Satz von Kabeln, die Signale übertragen.) Zum Schluss werde ich ein schön unterteiltes LM380-Schema einfügen, um diesen Punkt zu veranschaulichen:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

$\pi$

Versuchen Sie, sich vorzustellen, wie dies gewesen wäre, wenn das Netzteil und die Erdungsschienen alle mit zusätzlicher Verdrahtung und / oder ohne bestimmte Anordnung des Stromflusses auf der Seite verbunden worden wären.

In meinem ersten Job 1975 bei Bristol Aerospace (jetzt Magellan) hatten wir gute Zeichner für die Luftfahrt und die NASA, aber man fertigte immer wieder Zeichnungen in den Größen D und E an, damit Mikrofiche keine falschen Punkte durch optische Unschärfe erzeugen, also musste ich ihn überzeugen Verwenden Sie die maximale Größe A, B und C, indem Sie die Symbollücken zusammenfassen und die Schriftgröße verringern. Weil ich oft mit 20 Seiten gleichzeitig arbeiten musste.

In meinem nächsten Job war unser Zeichner ein Illustrator, der jede unordentliche Zeichnung mit hoher Dichte auf einer Papierserviette in Stunden und nicht Tagen in ein wunderschön lesbares Kunstwerk verwandeln konnte (wie das Blockdiagramm jedes Chips auf einem Motherboard). Er landete auch in meinem vierten Job und war der beste Zeichner, den wir hatten, genau wie das, was man von Tektronix, HP und Hitachi sehen würde.

Ja, sie verwendeten Symbolvorlagen.

Als wir Mitte der 1970er Jahre ein System mit etwa 40 PCAs entwarfen, hatten wir keine Simulationstools und keine Quick-Turn-PCB-Shops und keine anständigen Layout-Tools. Also zeichneten wir es mit Buntstiften auf ein 4x-Raster Mylar für die G-Code-Spurbreite und schickten es zur optischen Digitalisierung nach Toronto. Die Checkplots wurden in einer Woche zur Genehmigung zurückgeschickt und dann in zwei Wochen verschickt.

Das war 1976. 15 Jahre später schneller Vorlauf; Am selben Tag fertigte ich aus den Design-EEs in einer Lithografiedruckerei Fotowerkzeuge an und am nächsten Tag fertigte ich beidseitige Platten an. Für sechsschichtige Getek- und FPC-Boards erhielt ich drei Angebote in einer Stunde, wobei ich nur eine Zahlentabelle ohne Gerber-Dateien verwendete, und ließ Prototyp-Boards (10) je nach Dringlichkeit innerhalb von 48 Stunden bis zu einer Woche ausliefern.

Das Gleiche habe ich für halbgeätzte verzinnte Messingschilde mit gepunkteten Linien für 1-GHz-Funkschilde für Prototypen getan und diese in zwei Tagen vor Ort mit den mitgelieferten zweiseitigen Fotowerkzeugen herstellen lassen. Dann hatte das Paneel abbrechbare Laschen an der Innenkante und konnte mit Hochleistungslötwerkzeugen oder einem Mikropropanbrenner für Wände mit abnehmbarem gefaltetem Deckel (ca. Mitte der 1990er Jahre) innerhalb von Minuten auf Pappe montiert und gelötet werden.

Hier ist ein vereinfachtes Schema und Blockdiagramm des 4,5-GHz-Zählers aus dem HP-Journal für ein Gerät, das wir 1976 mit einer Auflösung von 1 Hz gekauft haben:

Wenn ich OPs oder Benutzer nach Spezifikationen frage, erwarte ich, dass sie lernen, solche Details zu haben und die relevanten zu teilen. Aber oft sind sie sich der Notwendigkeit guter Spezifikationen für ein gutes Design nicht bewusst.

Schneller Vorlauf bis 1985 mit diesem TEKTRONIX SA492 Spektrumanalysator. Dies darf nur 1% des gesamten Schaltplans ausmachen und wurde in einer leicht verständlichen und hierarchischen Weise durchgeführt, wie dies bei PADS-DWGs der Fall war.

Dies ist eines der besten Modelle für elektronische Schaltpläne und Designer, die REFDES wählen, um das Auffinden von Schaltplänen zu vereinfachen. Das Erdungssymbol ist hier wichtig, da die Abschirmung anders ist als bei Dreiecksymbolen, bei denen Rauschen häufig ignoriert wird. Später poste ich den 32MB manuellen Link aus meiner Dropbox. Erfahrene Entwickler von Current Mode Logic (ECL) werden hier die Sub-Nano-Sekunden-Latenz und die Anstiegszeit-Logik erkennen. LDO-Benutzer sollten die erforderlichen RLC-Filter am Eingang für RF-Anwendungen beachten.

Neben Vorlagen gab es Zeichenmaschinen ...

und das 1925 patentierte Leroy-Beschriftungssystem.

Ein Amateur könnte auch eine schöne Leiterplatte mit einer Handvoll dünner Packungen aus dem örtlichen Laden herstellen. Kein Zeichentisch oder anderes teures Zubehör erforderlich.

Sie können Klebeband kaufen , das der (Skalierungs-) Breite der Spuren entspricht, zusammen mit Aufklebern, die Polster und dergleichen tragen. Diese wird auf einen durchsichtigen Kunststoffsockel gelegt und entweder direkt als Kontaktabzug für die Fotobelichtung der Tafel verwendet (typisch für hausgemacht) oder erst mit einer Kamera verkleinert, wenn Sie in größerem Maßstab arbeiten mussten.

Das Klebeband wird mit einem Exacto-Messer geschnitten.

Plastikschablonen für Buchstaben und Symbole, Tuschezeichenstifte, Zeichenbrett mit Machthaber. Es gab auch flexible Lineale für Kurven oder "Kurvensätze", Kunststofflineale mit jeder erdenklichen Kurvenform. Ich behalte sie immer noch zusammen mit meinem Rechenschieber. Ich habe sie natürlich seit Jahrzehnten nicht mehr benutzt.

Sowohl Schablonen als auch Stifte waren in unterschiedlichen Linienbreiten erhältlich. Nachdem Sie die einzelnen Elemente gezeichnet haben, müssen Sie warten, bis die Tinte getrocknet ist, bevor Sie die Schablone bewegen. Andernfalls würde die Tinte einen Tag verschmieren und die Arbeit ruinieren.

Die anderen Befragten konzentrieren sich auf zweifellos branchenweit bewährte Verfahren.

Aber keine Diskussion von Pre-CAD-Diagrammen ist vollständig ohne Bezugnahme auf das Bad Diagram von Horowitz und Hill (Art of Electronics, Cambridge University Press, 1980) und deren begleitende Anleitung.

Es wird mit Genehmigung des Autors unter http://opencircuitdesign.com/xcircuit/goodschem/goodschem.html reproduziert

Ich habe keine Post-CAD-Ausgaben des Buches gesehen, aber Diagramme sind immer noch ein Anhang in der aktuellen Ausgabe. https://artofelectronics.net/the-book/table-of-contents/