Was ist Schematic Capture?

Mark Harris
|  Erstellt: July 18, 2021  |  Aktualisiert am: August 20, 2021
Was ist Schaltplanerfassung (Schematic Capture)?

Einführung

Einfach ausgedrückt ist Schaltplanerfassung („Schematic Capture“) die Umwandlung eines Designs auf Papier in eine elektronische Darstellung, die von Softwaretools wie Schaltungssimulationen oder PCB-Design-Paketen verarbeitet werden kann.

Schematic Capture: Grundprinzipien

Ein Schaltplan enthält im Wesentlichen eine Liste von Bauteilen und die Verbindungen zwischen den Anschlüssen der Bauteile. Dies können elektronische Komponenten von einem einfachen Widerstand bis hin zu einem komplexen, integrierten Schaltkreis-Chip oder FPGA sein – oder auch mechanische Bauteile wie Steckverbinder, Drehknöpfe oder Schalter.

Die Schaltplanerfassung muss alles in das Schaltungsdesign aufnehmen, was für dessen Funktion erforderlich ist, unter anderem die elektrischen Verbindungen mit der Umgebung. Deshalb ist die Aufmerksamkeit für Details von entscheidender Bedeutung. Auslassungen im Schaltungsdesign können im Nachhinein Probleme verursachen, wenn Dinge nicht wie erwartet funktionieren und potenziell kostspielige Diagnose- und Korrekturmaßnahmen nach sich ziehen.

Die Ausgabe der Schaltplanerfassung erfolgt im Allgemeinen in Form einer Netzliste, die in andere Softwaretools wie Simulationsprogramme oder PCB-Designpakete importiert werden kann.

Faustregeln

Hier sind einige Tipps, die Ihnen bei der Erstellung eines Schaltplans Zeit sparen und Probleme verhindern können.

  • Der Signalfluss sollte immer von links nach rechts, vom Eingang zum Ausgang führen. Ebenso sollten Netzteile von oben nach unten gespeist werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, das jeder, der sich den Schaltplan ansieht, sofort versteht, woher und wohin die Signale führen und welche Leitungen Signale und welche Strom führen.
  • Alle Etiketten sollten einer einheitlichen Namenskonvention folgen, damit Leser potenzielle Probleme verstehen und hervorheben können. Zum Beispiel fällt eine Verbindung, die als Stromversorgungsleitung bezeichnet, jedoch als Signalleitung positioniert ist, sofort auf, was bei der Fehlerbehebung im weiteren Verlauf des Designs oder des Fertigungsprozesses Zeit spart.
  • Leitungen sollten sich nach Möglichkeit nicht kreuzen oder zusammenlaufen, damit klar erkenntlich ist, ob eine Verbindung zwischen den Leitungen besteht oder nicht. Die Verwendung von universellen Symbolen für Stromversorgungsanschlüsse kann die Anzahl der Leitungen reduzieren und den Schaltplan übersichtlicher gestalten. Wenn sich Leitungen nicht kreuzen müssen, dann sollten Sie dem Leser deutlich zeigen, dass dies der Fall ist. Wenn Leitungen zusammenlaufen, beschränken Sie sich auf drei Leitungen. Mehr als drei Leitungen, die sich an einem Punkt treffen, könnten irrtümlicherweise als sich kreuzende Leitungen angesehen werden.
  • Wenn der Schaltplan so groß ist, dass er sich über mehrere Seiten erstreckt, sollten Sie die Bauteile trennen, damit jede Seite vollständige Funktionsbausteine enthält, anstatt diese Bauteile wahllos über die Seiten zu verteilen. Verbindungen, bei denen Leitungen zwischen Seiten fließen, sollten erkennbar sein.
  • Vergessen Sie nicht die Komponenten, die nicht Teil des funktionalen Designs sind: Glättungskondensatoren, Leitungsfilter, Blitzschutz. Viele Komponenten, die ein Gerät zum Betrieb in der realen Welt erfordert, gehören nicht zu seiner Grundfunktionalität. Vergessen Sie jedoch, diese in die Schaltplanerfassung aufzunehmen, dann sind die Simulationsergebnisse ungültig, was zu großen Problemen führt, falls sie nicht dem PCB-Layout-Design hinzugefügt werden.
  • Wenn irgendein Aspekt des Schaltplans nicht klar ist, fügen Sie eine erklärende Notiz hinzu. Sie werden dankbar sein, wenn Sie den Schaltplan später erneut betrachten und sich nicht mehr an einige der Designentscheidungen erinnern, die Sie zu jener Zeit getroffen haben.

Schaltungssimulation

Simulationstools sind verfügbar, um die Eingänge eines Schaltplandesigns zu simulieren und die theoretischen Ausgaben zu überwachen. Mit diesen Werkzeugen kann der Entwickler das Schaltungsdesign unter allen möglichen Eingangsbedingungen testen und überprüfen, ob die Schaltung wie erwartet funktioniert und sie anhand der Gesamtanforderungen für das von ihr implementierte Gerät validieren.

Für jedes im Schaltplan enthaltene Bauteil und Eingangssignal müssen die Betriebsparameter und Leistungsmerkmale efiniert werden. Obwohl Details für Standardbauteile oft in Datenbibliotheken verfügbar sind, müssen diese Angaben für kundenspezifische oder ungewöhnliche Bauteile womöglich definiert und eingegeben werden. Denken Sie daran, dass die Simulation nur so gut ist wie die Daten, die verwendet werden. Jegliche noch so kleine Fehler können irreführende oder nicht repräsentative Ergebnisse verursachen, die erst beim Betrieb des Geräts sichtbar werden.

Ein wichtiger Aspekt der Schematic Capture: Simulationswerkzeuge zeigen Ihnen, was die Schaltung unter perfekten Bedingungen tun wird. Daher berücksichtigen sie keine realen Auswirkungen wie Leiterbahnverluste aufgrund der Impedanz oder die Erzeugung von ausgestrahltem Rauschen, es sei denn, sie werden dem Modell hinzugefügt. Darüber hinaus werden Störungen von empfangenem ausgestrahltem Rauschen oder leistungsgebundene Störaussendungen, Übersprechen zwischen Signalleitungen und andere indirekte Auswirkungen nicht berücksichtigt.

Gute Entwickler überprüfen die Anfälligkeit ihrer Schaltungsdesigns auf solche Faktoren und nehmen diese in das PCB-Design als Einschränkungen auf, die sich in Parametern für minimale Leiterbahnbreite und maximale Länge, Leiterbahntrennungseinschränkungen und Abschirmungsanforderungen niederschlagen.

PCB-Design

Verschiedene Werkzeuge wandeln ein Schaltplandesign automatisch in ein PCB-Layout um und optimieren die Bauteilplatzierung und die Leiterbahnen, um die Leistung zu maximieren und alle vorgegebenen Einschränkungen zu erfüllen. Überprüfen Sie jedoch immer das Schaltplandesign genauestens, bevor Sie die Leiterplatte zur Fertigung übergeben. Die meisten Pakete enthalten Regelprüfungen, die Fehler aufdecken können. Diese sind jedoch kein Ersatz für die manuelle Überprüfung.

Einfache Probleme wie Glättungskondensatoren, die zu weit von den Bauteilen entfernt platziert sind, können der automatischen Prüfung entgehen. Deshalb ist Wachsamkeit geboten. Jeder noch so kleine Fehler kann zu Zeit- und Geldverschwendung führen, wenn die Leiterplatte nicht funktioniert. Kleinere Probleme können für einmalige Prototypen durch Bohren von Löchern und Hinzufügen von Drähten zur Umgehung von Leiterbahnen zufriedenstellend gelöst werden. Dies ist jedoch nicht ideal für die Massenproduktion.

Zusammenfassung

Die Antwort auf die Frage „Was ist Schaltplanerfassung?“ lautet: Schematic Capture ist ein Vorgang, mit dem Entwickler ihre Schaltungen simulieren, um ihr Design zu überprüfen und ein optimales PCB-Layout mit minimalem Aufwand zu erstellen. Bei jedem Schritt der Schaltplanerfassung muss der Entwickler jedoch sorgfältige Prüfungen durchführen, um Fehler zu vermeiden, welche die folgenden Schritte beeinträchtigen können. Simulationswerkzeuge und PCB-Design-Pakete können Schaltpläne bearbeiten und die Arbeit der Entwickler erleichtern. Sie sind jedoch nicht perfekt und der Entwickler sollte sich nie auf die Ausgabe eines Werkzeugs verlassen, ohne sie genauestens zu überprüfen.

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Über den Autor / über die Autorin

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Mark Harris ist Ingenieur mit mehr als 12 Jahren vielfältiger Erfahrung in der Elektronikindustrie, die von Aufträgen für die Luft- und Raumfahrt und Verteidigung bis hin zu kleinen Produktanläufen, Hobbys und allem dazwischen reicht. Bevor er nach Großbritannien zog, war Mark Harris bei einer der größten Forschungsorganisationen Kanadas angestellt; jeder Tag brachte ein anderes Projekt oder eine andere Herausforderung mit sich, bei der es um Elektronik, Mechanik und Software ging. Er veröffentlicht außerdem die umfangreichste Open-Source-Datenbank-Bibliothek von Komponenten für Altium Designer, die so genannte Celestial Database Library. Mark hat eine Affinität zu Open-Source-Hardware und -Software und den innovativen Problemlösungen, die für die täglichen Herausforderungen dieser Projekte, erforderlich sind. Elektronik ist Leidenschaft; zu beobachten, wie ein Produkt von einer Idee zur Realität wird und mit der Welt interagiert, ist eine nie endende Quelle der Freude.

Sie können Mark direkt kontaktieren unter: mark@originalcircuit.com

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