電氣設(shè)計庫管理辦法與基本規(guī)范

趙立華，田知玲，涂佃柳

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

半導(dǎo)體專用設(shè)備研發(fā)企業(yè)除了辦公管理系統(tǒng)的信息化，還要加強(qiáng)研發(fā)過程管理的信息化，這對企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化提出了更高的要求。尤其是電氣設(shè)計環(huán)節(jié)中元件庫的建立和規(guī)范變得越來越重要，越來越迫切。為便于半導(dǎo)體專用設(shè)備的電氣設(shè)計元件庫（Protel）的使用和管理，對元器件等進(jìn)行整理成公共庫，要求按照該規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，并由技術(shù)管理部門審核后方可使用。該規(guī)范僅作為一個基本要求，設(shè)計人員以此規(guī)范和公共元件庫為基準(zhǔn)，進(jìn)行元件庫的設(shè)計。隨著新國標(biāo)的推出和系統(tǒng)中產(chǎn)品的進(jìn)一步豐富，同一個元件圖形需要更新的采用“替換”方式更新，新增加的元件庫可直接添加。

庫的設(shè)計細(xì)節(jié)要符合規(guī)范，并經(jīng)技術(shù)管理部門進(jìn)行審核，庫更新后由技術(shù)管理部門升級成為新版本，對于已經(jīng)應(yīng)用PLM 系統(tǒng)（產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)）的企業(yè)，庫的統(tǒng)一管理使用是必要的。當(dāng)然，由于電子元器件經(jīng)常變化，該規(guī)范是個長期更新的過程，需要不斷進(jìn)行修正、完善。

1 管理辦法

1.1 基本辦法

從元件庫的特點和半導(dǎo)體專用設(shè)備產(chǎn)品的實際情況出發(fā)，元件庫的管理采取公共元件庫和產(chǎn)品特性元件庫分開管理的辦法。

公共元件庫的來源有國家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及已經(jīng)入PLM 系統(tǒng)的產(chǎn)品元件庫，其中大部分為通用的元件，有些是特性庫的參考，比如驅(qū)動器、PLC 等。該庫按照八大模塊進(jìn)行劃分，不需要區(qū)別Protel 的自帶庫和設(shè)計的自建庫，名稱統(tǒng)一為電源模塊.lib、控制模塊.lib、電子元器件.lib、傳感器模塊.lib、接插件.lib、驅(qū)動模塊.lib、儀器儀表.lib、專用單元.lib 以及纜線.lib，對應(yīng)的Ddb 文件為“***公共元件庫2015Vn”，Vn 表示版本號。

各設(shè)備研制部門需要按照產(chǎn)品系列分別建立不同的特性庫，比如CMP.lib、光刻.lib、探針.lib、激光劃切.lib、聲掃.lib、線切割.lib、印刷.lib、清洗.lib 等，為便于查找，不需要進(jìn)行模塊細(xì)分。為方便管理，特性庫僅包括已入PLM 系統(tǒng)的產(chǎn)品，未用元件不要隨意放置，隨著進(jìn)入PLM 系統(tǒng)的增加，逐步增加庫的內(nèi)容。

1.2 進(jìn)入PLM 系統(tǒng)

需要進(jìn)入PLM 系統(tǒng)的元件庫，和物料建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，經(jīng)技術(shù)管理部門審核后方可進(jìn)入相應(yīng)的元件庫。凡是提交圖紙中元件對應(yīng)的圖形不屬于上述元件庫，技術(shù)管理部門將圖紙文檔返回設(shè)計人員，重新修改入庫后方可提交，這是強(qiáng)制性紀(jì)律要求，否則給后期管理帶來不便。

2 基本要求

2.1 外形與顏色

庫元件的放置位置規(guī)定為庫文件的第四象限，即右下角，其中“接插件1.lib”中庫圖形的本體放在第四象限的左側(cè)，引腳在第三象限。

絕大部分的圖形庫除符合相應(yīng)規(guī)范外，還要比例適當(dāng)，外形美觀大方。需要指出的是，外形要符合國標(biāo)，不要增加其他一些東西。具體要求有三方面：第一，字體要求設(shè)計圖樣本身要一致，常見設(shè)置如字體：Times New Roman，字形：常規(guī)，大?。?0，字體為小四的詳見下文所述；第二，顏色以黑色（3）、藍(lán)色（229）、淺黃色（218）、紫色（221）為主，線寬采取默認(rèn)線寬設(shè)置的居多，需要加粗的見下文描述；第三，外形如寬度、長度以及邊框等，有的元件要求明確。

2.2 引腳

引腳使用“Pin”工具，而不要使用“Line”工具畫線。引腳線寬采用Protel 的默認(rèn)設(shè)置，引腳長度以20、30 單位（具體見下文）長度為主。要求引腳名稱和編號填寫完整，需要隱藏的應(yīng)用Show選項進(jìn)行設(shè)置，同時有的元件對引腳間隔有明確要求。

2.3 庫的命名和描述

庫中各元件的命名方法如下，以英文大寫為主，必要時可以加入中文、數(shù)字等，如“NAND”寫成“NAND 非門”。若無法嚴(yán)格分類的，可以把名稱、規(guī)格等加入到庫元件中，比如Drive_ 松下_伺服1、Drive_ 東方_ 步進(jìn)1、開關(guān)電源_ 明緯_NES1、開關(guān)電源_明緯_T6 等。

傳感器暫定按引線（引腳）及布局進(jìn)行分類，如2 根、3 根、4 根等，其中編碼器也是按照類似方法。如圖1所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，代號和內(nèi)容描述要準(zhǔn)確，庫名稱優(yōu)先選擇“名稱_ 主要特征”的命名方法，特征相近的再依次按照流水號進(jìn)行，其中若有國標(biāo)號的以“名稱_主要特征_ 國標(biāo)號”的方式命名。

3 建庫方法

由于來源比較多且復(fù)雜，要求選用的優(yōu)先順序為國標(biāo)庫GB4728.Ddb、Protel 自帶庫（Miscellaneous Devices.Ddb、Protel DOS Schematic Libraries等）、設(shè)計人員的自建元件庫。建庫的基本原則是自建庫“先入為主”，即先入庫的為準(zhǔn)，同時需要滿足后面的基本設(shè)置。

現(xiàn)在以驅(qū)動器等為例，說明具體的分類命名與建庫方法。庫中各元件的命名方法如下，以英文大寫為主，必要時可以加入中文、數(shù)字等，如"NAND" 寫成“NAND 非門”。若無法嚴(yán)格分類的，可以把名稱、規(guī)格等加入到庫元件中，比如Drive_松下_ 伺服1、Drive_ 東方_ 步進(jìn)1、開關(guān)電源_明緯_NES1、開關(guān)電源_明緯_T6 等。

電機(jī)驅(qū)動器的接口（引腳）各個廠家差異較大，所以按照廠家進(jìn)行分類，如日本東方、北京中創(chuàng)天勤、日本松下、美國Copley、西門子等。要求元件庫的所有接口全部畫出，不要隱藏。當(dāng)利用該庫設(shè)計時，可以通過"Edit" 指令編輯庫特征。如圖1所示。

圖1 驅(qū)動器_ 伺服

（1）針對控制模塊中的工控機(jī)，建立元件庫時，分類首先以廠商為準(zhǔn)，然后以具體的機(jī)箱型號分類，最后按照順序流水號細(xì)分。針對工控機(jī)的內(nèi)部配置，如硬盤、鼠標(biāo)、底板、顯示器等，元件庫中不做要求，根據(jù)需要申請物料碼。

其他類似的按“套”采購的組合式單元，如西門子驅(qū)動、專用控制平臺、光柵尺等，除了整體作為一個元件外，其內(nèi)部配置可以根據(jù)需要單獨申請物料碼。

（2）除了全單位共用的“*** 公共元件庫2015Vn” 之 外，產(chǎn) 品 特 性 庫 “*** 特 性 庫_2014_Vn.Ddb”的元件庫，務(wù)必經(jīng)過技術(shù)管理部門核準(zhǔn)后方可進(jìn)入。

操作辦法分為三步。

第一步：由各部門的電氣設(shè)計人員按照一定的規(guī)范，創(chuàng)建產(chǎn)品特性庫“*** 特性庫_2014_Vn.Ddb”的元件庫。

第二步，以上所有.lib 文件和整機(jī)電子版電氣圖紙一起提交到技術(shù)管理部門，由相關(guān)人員審核元件庫的正確性、重復(fù)性、美觀性等。

第三步，經(jīng)審核不合適的經(jīng)過重新修改并經(jīng)技術(shù)管理部門審核后，入庫提交，具體方法為：技術(shù)管理部門相關(guān)人員在打開兩個庫.lib 的編輯環(huán)境中，通過對事業(yè)部提交的元件庫中的元件進(jìn)行“拷貝（Copy）”，然后“粘貼（Paste）”進(jìn)“*** 特性庫_2014_Vn.Ddb”中相應(yīng)的.lib 庫中（格式為“只讀”），最后進(jìn)入PLM 系統(tǒng)更新，客戶端即可下載到本機(jī)后使用。如圖2所示。

需要注意元件的屬性維護(hù)，Protel 自帶庫中已有的，優(yōu)先選擇，有類似的，參照已有元器件庫開始創(chuàng)建，要求元件屬性填寫完整，即“Tools->Description->Component Text Fields”對話框，“Default Designator”標(biāo)示符、“Description”注釋和“Footprint”封裝以及“Sheet Part”。

圖2 產(chǎn)品特性庫

“Sheet Part”物料編碼能唯一確定的，則輸入PLM 系統(tǒng)中對應(yīng)的物料編碼。當(dāng)提交元件庫的，確保提交庫的命名、分類、圖形設(shè)置等正確無誤，并在“Tools->Description->Component Text Fields”對話框的“Description”文本框中注明來源，即“來源”GB4728-Gb2.lib、Protel 的某個自帶庫、摩托羅拉公司的某個庫、設(shè)計人員自建庫等。

每個庫元件的二維圖實體和該元件物料碼同時提交。操作為三步，第一步，元件的二維圖實體提交審核；第二步，按照事前已經(jīng)定版的電氣外購件型號規(guī)格書寫要求填寫完整的物料表，通過PLM 系統(tǒng)申請物料編碼；第三步，把物料編碼輸入“Tools->Description->Component Text Fields”的“Sheet Part”文本框中。當(dāng)庫元件的二維圖無法保證“一物一碼”的，即無法確定唯一性的，則“Sheet Part”文本框為空，Sheet 屬性需要在Protel 設(shè)計時手動輸入。如圖3所示。

圖3 元件屬性圖

3.1 基本設(shè)置

Protel 原理圖環(huán)境設(shè)置是非常重要的一環(huán)，也是建庫標(biāo)準(zhǔn)化、美觀化的基礎(chǔ)。采用系統(tǒng)設(shè)置字體“Times New Roman”，常規(guī)10 號字。捕捉網(wǎng)格的尺寸默認(rèn)為5，可視網(wǎng)格的尺寸為10，電氣網(wǎng)格為8。庫圖形的坐標(biāo)原點要建在十字坐標(biāo)附近，便于設(shè)計圖紙的元件更新。元件庫編輯環(huán)境的設(shè)置為默認(rèn)設(shè)置，即“Options”->“Document Options”和“Options”->“Preference”菜單的默認(rèn)設(shè)置。

另外，引腳約定設(shè)計人員平時常忽略的，需要強(qiáng)調(diào)的是，元件引腳表示該元件的電氣連接點，既有電氣特性，又有圖形特性。電氣特性不做具體要求，要進(jìn)行電路仿真分析的引腳屬性需要設(shè)定；圖形特性中長度的常用設(shè)置為30、20，顏色的常用設(shè)置為黑色。

3.2 PCB 封裝庫

半導(dǎo)體器件的封裝實現(xiàn)了器件的物理保護(hù)和電氣連接，是電子產(chǎn)品的重要組成部分，通常包括尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長度等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，便于加工以及和印刷電路板的配合，比如DIP、SOP、QFP、BGA、MCP 再到SIP，還有封裝形式一樣但封裝材料也有金屬、陶瓷、金屬- 陶瓷、塑料多種類型。有時，同一技術(shù)參數(shù)的器件會有多種封裝形式，不同廠家表示方法也不盡相同。另外，封裝形式不斷改進(jìn)和升級，給封裝庫的建設(shè)提出了較高的要求。封裝庫的基本要求是，必須和實物的尺寸、大小一致，凡是不確定的必須經(jīng)過驗證才能作為正式文件。

該庫是應(yīng)用于PCB 格式的封裝庫，名稱為“*** 封裝庫_2014_Vn.Ddb”（2014_Vn 表示年份、版本號）。由于來源比較多且復(fù)雜，要求參照的優(yōu)先順序為Protel 自帶庫Advpcb.Ddb、設(shè)計人員的自建封裝庫。建庫的基本原則是自建封裝庫“先入為主”，即先入庫的為準(zhǔn)，同時需要滿足后面的基本設(shè)置。如果封裝形式超出了庫的范圍，可通過PLM 系統(tǒng)申請增加，入庫后便可使用。要求封裝庫的內(nèi)部參數(shù)及尺寸等準(zhǔn)確無誤。如圖4所示。

圖4 封裝庫

該庫編輯環(huán)境的設(shè)置采用默認(rèn)設(shè)置，即“Document Options”和“Preference”默認(rèn)設(shè)置。

4 示例

在半導(dǎo)體專用設(shè)備設(shè)計過程中，根據(jù)科研信息化管理的需要，對所用到的電子元器件進(jìn)行嚴(yán)格分類是信息化的基礎(chǔ)，是必要的也是必須的。根據(jù)實際需要進(jìn)行一級分類，可分為八大模塊，比如電源模塊、控制模塊、電子元器件、傳感器模塊、接插件、纜線、驅(qū)動模塊、儀器儀表及專用單元。其中纜線、電氣自制件和電氣輔料等對入庫沒有具體要求，盡可能把常用的入庫如多股單芯電纜等，便于設(shè)計和生產(chǎn)管理；另外六個模塊中的通用部分較多，下面分別描述。由于電氣輔料沒有參考的庫資源、種類繁多并且圖紙上沒有體現(xiàn)，為方便提高研發(fā)、生產(chǎn)的效率，設(shè)計人員盡可能多的建立輔料庫。下面所述為典型圖庫，更多的圖庫在“*** 公共元件庫2015Vn.Ddb”中，在PLM 系統(tǒng)中可以下載作為規(guī)范參考。見表1。

表1 傳感器元件庫示例

4.1 傳感器模塊

傳感器模塊包括：光電開關(guān)、限位傳感器、光柵尺、編碼器、開關(guān)等。

4.2 驅(qū)動模塊

驅(qū)動模塊包括：步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)驅(qū)動器、伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動器、線性電機(jī)及驅(qū)動器、其它電機(jī)（包含各種異步電機(jī)、減速電機(jī)、減速器、泵等）。變頻器、軸流風(fēng)機(jī)、品牌專用驅(qū)動模塊。見表2。

表2 驅(qū)動模塊庫示例

4.3 控制模塊

控制模塊包括：PLC、計算機(jī)、CF 卡、運(yùn)動控制產(chǎn)品、網(wǎng)卡、觸摸屏，還包括圖像相關(guān)的CCD/相機(jī)、鏡頭、圖像處理卡、圖像密鑰、圖像軟件包等?？騼?nèi)填寫的內(nèi)容主要是控制模塊的名稱。見表3。

電源模塊包括：開關(guān)電源、斷路器、熔斷器、濾波器、繼電器、交流接觸器、整流橋、變壓器、電源插線板等控制模塊。電子元器件包括：電容、電阻、二極管、三極管、集成電路等。另外，把開關(guān)按鈕、熒光燈也歸入該類型。接插件包括：接線端子；浮動連接器、圓型插頭/座、PCB 用接插件、以及其他特殊的接插件。儀器儀表及專用單元包括計數(shù)器、溫度控制器、NTC 熱敏電阻、轉(zhuǎn)換模塊等。以上這些內(nèi)容也是非常重要的，設(shè)計細(xì)節(jié)也必須在企業(yè)內(nèi)統(tǒng)一。

表3 控制模塊庫示例

5 結(jié) 論

本文詳細(xì)分析和描述了電氣設(shè)計軟件庫的創(chuàng)建和規(guī)范，為企業(yè)電氣設(shè)計的規(guī)范化和便捷化奠定基礎(chǔ)，同時也是信息化管理PLM 系統(tǒng)的必然要求。另外，隨著電氣設(shè)計工具軟件的發(fā)展，Protel99已經(jīng)比較落后，AD12 作為比較新的版本已開始拓展使用，由于AD12 的元件庫和封裝庫進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，所以還有必要進(jìn)一步探討庫在不同版本軟件之間的共享問題。

[1]中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所.技術(shù)規(guī)范匯編[Z].北京，2011.

[2]趙偉軍.Protel99SE 教程[M].北京：人民郵電出版社，2004.