Как схемы были нарисованы до САПР?

Я смотрел на схему старого блока питания HP, который я купил. Это можно найти здесь , на странице 60-61.

Эта схема была нарисована задолго до того, как САПР стал инструментом, используемым инженерами. Вещи все еще были нарисованы от руки. Мне было интересно, как происходило рисование больших схем. Сегодня мы привыкли к нашим модным инструментам EDA, которые будут иметь много хороших функций для создания хороших схем. Альтернативно, схемы для документации иногда рисуются в программах векторной графики, таких как Inkscape или Illustrator, потому что они могут дать более точные результаты.

В наших CAD-пакетах у нас есть хорошая авто-аннотация, она создает нам хороший BoM, если мы настроим его правильно, и часто они даже позволяют нам извлекать списки соединений SPICE для моделирования, а также кучу другой информации о дизайне и электрических правилах. Если мы обнаружим, что перемещение этого компонента здесь делает нашу схему более понятной, мы просто перетаскиваем - нет необходимости перерисовывать все это!

У старых схем, которые я вижу, всегда есть хорошие непротиворечивые символы - не то, что вы ожидаете от рисованных схем. Использовали ли они трафареты, чтобы всегда иметь один и тот же символ транзистора, резистора, конденсатора и т. Д.? Или эти символы были определены в их размерах и просто нарисованы и отмерены каждый раз? Может быть, у них есть маленькие листки бумаги с каждым нарисованным символом, а затем просто переместите их вокруг, чтобы создать схему, не каждый раз начиная с нуля (я думаю о тех старых документах ИКЕА, где у вас мало вырезы их столов, и вы могли бы выложить их, чтобы опробовать макеты в вашем офисе)?

Я знаю, что это отчасти открытый вопрос, но мне любопытно, как все было до того, как у нас появились OrCAD, Virtuoso, KiCAD и Altium.

Я обучался в Tektronix, чтобы быть чертежником электроники. У них были занятия для этого. Это очень похоже на составление для строительства. У вас были обычные карандаши, точилки, специализированные ластики и бумага, наклонный стол, T-квадрат, треугольник и т. Д. Те же основные инструменты торговли для любого рисовальщика. Были добавлены некоторые дополнительные инструменты, такие как несколько хороших трафаретов для электронных компонентов и описательные элементы изображения (например, трубка осциллографа - посмотрите здесь для некоторой идеи из них.) Но это об этом.

Разница в том, что они искали людей, которые имели врожденное понимание электроники и которые «понимали» идею потока электронов снизу вверх на странице и потока сигналов слева направо. И кто мог тогда взять любую случайную схему, которую они увидели, полностью оторвать ее от земли и заново нарисовать ее, чтобы она подчинялась этим правилам, а также заставляла ее быстро передавать концепции другим инженерам-электронщикам. Это также означало способность распознавать участки, которые были общими для многих схем (таких как токовые зеркала и опорные напряжения, каскады аналогового усилителя и т. Д.)

Я провел годы, когда рос, пытаясь понять схемы, которые я видел в журналах Popular Electronics и Radio Electronics. Чтобы сделать это, мне уже нужно было разрушить все эти схемы, потому что они были напечатаны для людей, которые хотели подключить их, не понимая их. Таким образом, они включили все детали проводки шины питания. Ни один из которых на самом деле не помогает , что многое в понимании того, как схема , работает. Так что это помогло мне в роли составителя электроники.

Как люди вычисляли синус и косинус или логарифмы или даже умножали большие числа, прежде чем появились калькуляторы? Они использовали книги со столами внутри, а также обучались правильно использовать эти столы. Или они использовали правила слайдов.

Жизнь сделана. Инструменты меняются. Но жизнь все еще делается.

---

Я решил добавить краткое изложение некоторых руководящих принципов, чтобы улучшить понимание схемы.

Один из лучших способов понять схему, которая на первый взгляд кажется запутанной, - это перерисовать ее. Есть несколько правил, которым вы можете следовать, которые помогут вам разобраться в этом процессе. Но есть и некоторые дополнительные личные навыки, которые постепенно развиваются со временем.

Как уже упоминалось выше, я впервые изучил эти правила в 1980 году, взяв урок Tektronix, который предлагался только его сотрудникам. Этот урок предназначался для обучения составлению электронных схем людям, которые не были инженерами-электронщиками, но вместо этого обучались в достаточной степени, чтобы составлять схемы для своих руководств.

Хорошая вещь о правилах заключается в том, что вам не нужно быть экспертом, чтобы следовать им. И что если вы будете следовать им, даже почти вслепую, то получающиеся схемы действительно легче понять.

Правила таковы:

• Расположите схему так, чтобы обычный ток протекал сверху вниз к нижней части схемы. Мне нравится представлять это как своего рода занавес (если вы предпочитаете более статичную концепцию) или водопад (если вы предпочитаете более динамичную концепцию) зарядов, движущихся от верхнего края к нижнему. Это своего рода поток энергии, который не выполняет никакой полезной работы сам по себе, но обеспечивает среду для выполнения полезной работы.
• Расположите схему так, чтобы интересующие сигналы передавались с левой стороны схемы на правую сторону. В этом случае входы, как правило, будут слева, а выходы - справа.
• Не "автобус" власть вокруг. Короче говоря, если провод компонента идет на землю или какую-либо другую шину напряжения, не используйте провод для подключения его к другим проводам компонента, которые также идут к той же шине / земле. Вместо этого просто покажите имя узла, например "Vcc", и остановите. Использование силы на схеме почти гарантированно сделает схему менее понятной, а не более. (Бывают случаи, когда профессионалам нужно сообщить что-то уникальное о шине для электропередачи другим специалистам. Поэтому иногда бывают исключения из этого правила. Но при попытке понять запутанную схему ситуация не такая уж и такая аргументация «профессионалам, профессионалам» здесь все равно не получается. Так что просто не делайте этого.) Для того, чтобы полностью понять это, нужно время. Существует сильная тенденция показать все провода, которые участвуют в пайке цепи. Противостоять этой тенденции. Идея в том, что провода нужны длячтобы схема может быть отвлекают. И хотя они могут быть необходимы для работы схемы, они НЕ помогают вам понять схему. На самом деле, они делают прямо противоположное. Так что снимите такие провода и просто покажите соединения с рельсами и остановитесь.
• Попробуйте организовать схему вокруг сплоченности . Почти всегда можно «разделить» схему так, чтобы были узлы компонентов, которые плотно соединены друг с другом, а затем отделены лишь несколькими проводами, идущими к другим узлам . Если вы можете найти их, подчеркните их, изолируя узлыи, в первую очередь, сосредоточиться на том, чтобы рисовать каждый значимым образом. Даже не думай обо всей схеме. Просто сосредоточьтесь на том, чтобы каждая связная секция выглядела правильно. Затем добавьте запасную проводку или несколько компонентов, разделяющих эти «естественные деления» на схеме. Это часто приводит к тому, что почти волшебным образом можно найти различные функции, которые легче понять, которые затем «общаются» друг с другом через относительно более простые для понимания связи между ними.

---

Вот пример менее читаемой ступени усилителя CE. Это немного больше схема подключения, чем схема. Посмотрим, удастся ли вам распознать, что это относительно стандартная, загруженная одиночная ступень BJT, усилитель CE:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вот более читаемый пример той же схемы. Здесь, несмотря на то, что он является загруженным проектом (который наблюдается немного реже), вы можете распознать базовую топологию CE и начать лучше выявлять сходства и различия:

^{смоделировать эту схему}

Обратите внимание, что я избавил его от проводов блока питания и заземления. Вместо этого я просто отметил, что определенные конечные точки присоединены к одной или другой шине питания + (+) или заземлению. Для кого-то это не так полезно, потому что они могут пропустить соединение, в котором они нуждаются. Но для тех, кто пытается понять схему, эти детали соединения просто мешают.

Также обратите внимание, что я тщательно выстроил новую схему так, чтобы обычный ток протекал от верхней части схемы вниз к ее нижней части. Общая идея состоит в том, чтобы представить это как своего рода «занавес» потока электронов (снизу вверх) или положительных зарядов сверху вниз (обычный). В любом случае, это как сила тяжести, которая заставляет занавес свисать сверху на дно.

Проходя через эту завесу токов сверху вниз, сигнал проходит слева направо. Это также очень полезно для других, пытающихся понять схему.

В совокупности эти детали помогают ориентировать читателя.

Кроме того, если вы представляете, что и отсутствуют на схеме (оставлено открытым) и что обойден (закорочен), то это очень знакомая одиночная стадия BJT CE, встречающаяся почти везде. Таким образом, это дает дополнительное руководство или ориентацию для понимания схемы. Это позволяет вам теперь понять, что действует как байпас переменного тока через так что усиление переменного тока может быть установлено независимо, отдельно от рабочей точки постоянного тока каскада усилителя. Единственные оставшиеся детали должны выяснить , что и достигают (самонастройку.)$C_1$$C_2$$R_6$$C_1$$R_4$$C_2$$R_6$

Исходный макет выше (сбивающий с толку) сильно затруднит возможность сосредоточиться на аспекте начальной загрузки (который может быть, а может и не быть знакомым). Но по крайней мере это означает, что гораздо меньше нужно сосредоточиться и попытаться понять если незнакомый. (Первая схема с самого начала сделает все это почти безнадежным.)

Возможно, это не лучший пример, но, по крайней мере, он показывает, почему он помогает избежать проводов, которые просто обдувают питание, и почему важно расположить схему с определенным потоком обычного тока сверху вниз и для передачи сигнала в поток слева направо.

Лучший пример (пока не предоставлен) будет включать более сложную схему (которая как у LM380). Это поможет проиллюстрировать узлы групп каналов, которые могут быть организованы в отдельные секции (более тесно переплетенные внутри себя, но взаимодействующие с другие разделы через более редкий набор проводов, передающих сигналы.) Итак, я закончу это, включив хорошо разделенную схему LM380, чтобы проиллюстрировать этот момент:

^{смоделировать эту схему}

Обратите внимание, что есть отдельные секции, теперь изолированные как идентифицируемые группы, такие как токовые зеркала, длиннохвостый дифференциальный усилитель (здесь, на самом деле, больше типа ) и выходной каскад.$\pi$

Попробуйте и представьте, как бы это выглядело, если бы все источники питания и заземляющие были подключены с помощью дополнительной проводки и / или без какой-либо конкретной схемы прохождения тока на странице.

На моей первой работе в 1975 году в Bristol Aerospace (сейчас Magellan) у нас была хорошая авиация и квалифицированные рисовальщики НАСА, но один продолжал делать чертежи в размерах D и E, чтобы микрофиши не создавали ложных точек из-за оптического размытия, поэтому мне пришлось убедить его используйте максимальный размер A, B и C, сокращая пробелы в символах и уменьшая размер шрифта. Потому что мне часто приходилось работать с 20 страницами одновременно.

На моей следующей работе наш рисовальщик был иллюстратором, который мог превратить любой грязный рисунок с высокой плотностью на бумажной салфетке в красивое читаемое произведение искусства за часы, а не дни (как, например, блок-схема каждого чипа на материнской плате). Он тоже оказался на моей четвертой работе и был лучшим чертежником, каким у нас был, как и в Tektronix, HP и Hitachi.

Да, они использовали шаблоны символов.

В середине 1970-х годов, когда мы проектировали систему с около 40 PCA, у нас не было инструментов для моделирования, магазинов быстрого монтажа печатных плат и не было приличных инструментов для разметки. Поэтому мы нарисовали его на сетке 4-кратного масштаба Mylar с цветными карандашами для ширины дорожки G-кода и отправили в Торонто для оптической оцифровки. Контрольные участки были отправлены через неделю на утверждение, а затем через две недели.

Это было в 1976 году. Перенесемся через 15 лет; В тот же день я сделал фотоинструменты в литографической типографии из дизайнерских ЭЭ, а на следующий день были готовы двухсторонние доски. Для шестислойных плат Getek и FPC я получил три цитаты за один час, используя только таблицу чисел без файлов Gerber, и прототипы плат (10) доставлялись за 48 часов - одну неделю в зависимости от срочности $ xK.

Я проделал то же самое с полудравленными пунктирными медными лужеными пунктирными линиями для радиоэкранов с частотой 1 ГГц для прототипов, и я сделал их локально за два дня, используя поставленные двусторонние фотоинструменты. Тогда панель имела отколовшиеся выступы по краю и могла быть собрана и припаяна к плате за считанные минуты с помощью мощных паяльных инструментов или микропропановой горелки для стен со съемной откидной крышкой (примерно в середине 1990-х годов).

Вот упрощенная схема и блок-схема счетчика 4,5 ГГц из журнала HP для прибора, который мы купили в 1976 году с разрешением 1 Гц:

Когда я спрашиваю OP или пользователей о спецификациях, я ожидаю, что они узнают подробности, подобные этой, и поделятся соответствующими. Но часто они не обращают внимания на необходимость хороших спецификаций для создания хорошего дизайна.

Быстрая перемотка вперед до 1985 года с этим анализатором спектра TEKTRONIX SA492. Это может составлять только 1% от всей схемы, и оно было сделано в простом для понимания виде, и руководство было в иерархической манере, как в случае с PADS dwg.

Это одна из лучших моделей для электронных схем, которой должны следовать и дизайнеры, которые выбирают REFDES для облегчения поиска от платы до схемы. Символ заземления здесь важен из-за экранирования в отличие от треугольных символов, которые часто игнорируют шум. Позже я выложу ссылку на 32-мегабайтную ручную из моего Dropbox Опытные разработчики логики текущего режима (ECL) распознают здесь субнаносекундную задержку и логику времени нарастания. Пользователи LDO должны отметить необходимые RLC-фильтры на входе для RF-приложений.

Помимо шаблонов появились чертежные машины ...

и система букв Leroy, запатентованная в 1925 году.

Любитель может также изготовить красивую печатную плату, используя тонкую упаковку из местного магазина. Не требуется чертежный стол или другие дорогие принадлежности.

Вы можете купить ленту, которая была шириной следов, вместе с наклейками, на которых есть прокладки и тому подобное. Он помещается на прозрачную пластиковую основу и либо используется непосредственно в качестве контактного отпечатка для экспонирования фотографии с доски (типично для домашнего изготовления), либо сначала уменьшается с помощью камеры, если вам приходилось работать в большем масштабе.

Лента разрезается ножом точко.

Пластиковые трафареты для букв и символов, ручки для рисования тушью, доска для рисования с линейкой. Были также гибкие линейки для кривых, или «наборы кривых», пластиковые линейки с любой мыслимой формой кривой. Я до сих пор храню их вместе со своей линейкой слайдов для расчетов. Конечно, не использовали их десятилетиями.

Трафареты и ручки были разной ширины линии. После рисования каждого предмета вам придется подождать, пока чернила высохнут, прежде чем перемещать трафарет, иначе чернила испачкают и испортят работу в течение дня.

Другие ответчики сосредотачиваются на том, что, несомненно, было лучшей отраслевой практикой.

Но никакое обсуждение диаграмм до CAD не является полным без ссылки на «Bad Diagram» Горовица и Хилла («Искусство электроники», издательство Cambridge University Press, 1980) и сопровождающих их руководств.

Он воспроизводится с разрешения автора по адресу http://opencircuitdesign.com/xcircuit/goodschem/goodschem.html

Я не видел никаких выпусков книги после CAD, но диаграммы все еще являются приложением в текущем издании. https://artofelectronics.net/the-book/table-of-contents/