第13节:对原理图进行电气规则检查(ERC)

在前面的几节中我们完成了原理图的绘制,并给每个元器件分配了标号,但在我们将原理图发送给相关的人员进行Review、或正式生成网表做PCB的布局布线之前,我们还需要认真检查一下,原理图设计中是否有什么错误,一个不起眼的小问题,有可能会导致你后面的所有工作都白费,影响到项目的进度,甚至整个产品在市场上的竞争力。

一种检查方式就是翻来覆去多看几遍,我以前做项目设计的时候都是将原理图打印到纸上,对照元器件的数据手册、参考电路一遍遍检查,以确保不会有任何设计上的问题,但自己设计的图上出现的错误很多时候自己很难看出来,对于新手来讲,由于工具还不熟悉,自己认为正确的连接,但可能实际上是不正确的,KiCad针对原理图的设计提供了一个称之为电气规则检查(ERC)的工具帮助我们检查一部分不符合某些规则的错误或风险。

从电学的观点来看,我们这张简单的原理图是没问题的,所有的电线似乎都连接正确,电源端口看起来也没有问题。但未来我们要设计更复杂的电路,出错的风险就会大大增加。从一开始我们就要养成习惯,使用工具进行重复的检查,确保设计的准确性。


1. 如何进行ERC?

从顶上导航栏菜单 - “检查”中选择第一个按钮“电气规则检查ERC”:

从菜单执行ERC

或直接点击顶上工具快捷栏中的“执行电气规则检查”按钮

从菜单执行ERC

这将弹出ERC对话框,因为是第一次运行,对话框为空。

ERC窗口

点击“运行ERC”按钮,将执行下面的一些条目:

ERC的条目

运行ERC结束,得到下面的信息,显示有两个错误,并以红色箭头标注在出现错误的地方:

执行ERC的结果

将鼠标移到用红色箭头标注的地方并用鼠标左键点击,屏幕左下角会显示出错误的详细信息:

ERC信息显示

“电气规则检查器”提示我们有两个违规的错误:都是“输入电源引脚不受任何输出电源引脚驱动”

KiCad中这是一个非常常见的ERC错误。

这个错误的意思是 - 电路没有电源。KiCad“认为”每个电路都需要一个电源才能运行,但在这个电路中,它却找不到电源。虽然我们已经有VCC和GND这两个符号,但这些必须明确标记为电源,才能满足ERC规则的要求。这对于刚接触PCB设计的人来说不是很直观,但如果你仔细想想,它还是有意义的。

一般来说,电路包含了传输信号的导线,比如来自模拟传感器的电压;以及供电的导线,比如来自电池的电流。KiCad需要将两者区分开来,作为电路的设计者,我们有必要在电路原理图上做出明确的标记。

因此电源端口符号需要设置为、让其它电源的输出来驱动,例如稳压器的输出,否则KiCad认为这个端口网络是未被驱动的。

对于我们自己来说,很明显可以看出,VCC和GND由电池驱动,但有必要在原理图中明确表明告诉KiCad一下。

“电源符号库”中有一个特殊的符号叫PWR_FLAG,用它来给VCC和GND这两个跟电源相关的符号做一下标记

直接将这个PWR_FLAG跟VCC和GND相连即可,

有同学会问,VCC和GND都跟这一个PWR_FLAG连接在一起了,VCC和GND是不是会短路?

答案是“否”,这看起来有点奇怪,但KiCad就是这么定义的。PWR_FLAG只为VCC和GND说明了两个管脚的性质,并不起到网络标签的作用。

好, 我们再运行一下ERC,这次没有任何问题了。


总结一下啊: KiCad的电气规则检查器(ERC)无法确保原理图中的设计都准确无误,但它可以检查一些常见的连接问题,比如有未连接的引脚、两个电源输出短路,等。它还检查其它一些错误,比如没有注释的符号和网格标签中的拼写错误等。

ERC检查是非常重要的一步,我们要养成习惯,确保设计的原理图,经过ERC检查后没有任何错误,没有任何报警,将任何潜在的风险都消灭掉。完成了ERC检查,我们下一节视频就讲一下如何给原理图中用到的器件关联上具体的封装,以便进行后面的PCB布局、布线。