電氣設計庫管理辦法與基本規范

趙立華，田知玲，涂佃柳

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

半導體專用設備研發企業除了辦公管理系統的信息化，還要加強研發過程管理的信息化，這對企業技術標準化、規范化提出了更高的要求。尤其是電氣設計環節中元件庫的建立和規范變得越來越重要，越來越迫切。為便于半導體專用設備的電氣設計元件庫（Protel）的使用和管理，對元器件等進行整理成公共庫，要求按照該規范進行設計，并由技術管理部門審核后方可使用。該規范僅作為一個基本要求，設計人員以此規范和公共元件庫為基準，進行元件庫的設計。隨著新國標的推出和系統中產品的進一步豐富，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。

庫的設計細節要符合規范，并經技術管理部門進行審核，庫更新后由技術管理部門升級成為新版本，對于已經應用PLM 系統（產品全生命周期管理系統）的企業，庫的統一管理使用是必要的。當然，由于電子元器件經常變化，該規范是個長期更新的過程，需要不斷進行修正、完善。

1 管理辦法

1.1 基本辦法

從元件庫的特點和半導體專用設備產品的實際情況出發，元件庫的管理采取公共元件庫和產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準、企業標準以及已經入PLM 系統的產品元件庫，其中大部分為通用的元件，有些是特性庫的參考，比如驅動器、PLC 等。該庫按照八大模塊進行劃分，不需要區別Protel 的自帶庫和設計的自建庫，名稱統一為電源模塊.lib、控制模塊.lib、電子元器件.lib、傳感器模塊.lib、接插件.lib、驅動模塊.lib、儀器儀表.lib、專用單元.lib 以及纜線.lib，對應的Ddb 文件為“***公共元件庫2015Vn”，Vn 表示版本號。

各設備研制部門需要按照產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，不需要進行模塊細分。為方便管理，特性庫僅包括已入PLM 系統的產品，未用元件不要隨意放置，隨著進入PLM 系統的增加，逐步增加庫的內容。

1.2 進入PLM 系統

需要進入PLM 系統的元件庫，和物料建立關聯關系，經技術管理部門審核后方可進入相應的元件庫。凡是提交圖紙中元件對應的圖形不屬于上述元件庫，技術管理部門將圖紙文檔返回設計人員，重新修改入庫后方可提交，這是強制性紀律要求，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，引腳在第三象限。

絕大部分的圖形庫除符合相應規范外，還要比例適當，外形美觀大方。需要指出的是，外形要符合國標，不要增加其他一些東西。具體要求有三方面：第一，字體要求設計圖樣本身要一致，常見設置如字體：Times New Roman，字形：常規，大小：10，字體為小四的詳見下文所述；第二，顏色以黑色（3）、藍色（229）、淺黃色（218）、紫色（221）為主，線寬采取默認線寬設置的居多，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 的默認設置，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，需要隱藏的應用Show選項進行設置，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、數字等，如“NAND”寫成“NAND 非門”。若無法嚴格分類的，可以把名稱、規格等加入到庫元件中，比如Drive_ 松下_伺服1、Drive_ 東方_ 步進1、開關電源_ 明緯_NES1、開關電源_明緯_T6 等。

傳感器暫定按引線（引腳）及布局進行分類，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。需要強調的是，代號和內容描述要準確，庫名稱優先選擇“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行，其中若有國標號的以“名稱_主要特征_ 國標號”的方式命名。

3 建庫方法

由于來源比較多且復雜，要求選用的優先順序為國標庫GB4728.Ddb、Protel 自帶庫（Miscellaneous Devices.Ddb、Protel DOS Schematic Libraries等）、設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，同時需要滿足后面的基本設置。

現在以驅動器等為例，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、數字等，如"NAND" 寫成“NAND 非門”。若無法嚴格分類的，可以把名稱、規格等加入到庫元件中，比如Drive_松下_ 伺服1、Drive_ 東方_ 步進1、開關電源_明緯_NES1、開關電源_明緯_T6 等。

電機驅動器的接口（引腳）各個廠家差異較大，所以按照廠家進行分類，如日本東方、北京中創天勤、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。當利用該庫設計時，可以通過"Edit" 指令編輯庫特征。如圖1所示。

圖1 驅動器_ 伺服

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

其他類似的按“套”采購的組合式單元，如西門子驅動、專用控制平臺、光柵尺等，除了整體作為一個元件外，其內部配置可以根據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 品 特 性 庫 “*** 特 性 庫_2014_Vn.Ddb”的元件庫，務必經過技術管理部門核準后方可進入。

操作辦法分為三步。

第一步：由各部門的電氣設計人員按照一定的規范，創建產品特性庫“*** 特性庫_2014_Vn.Ddb”的元件庫。

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

第三步，經審核不合適的經過重新修改并經技術管理部門審核后，入庫提交，具體方法為：技術管理部門相關人員在打開兩個庫.lib 的編輯環境中，通過對事業部提交的元件庫中的元件進行“拷貝（Copy）”，然后“粘貼（Paste）”進“*** 特性庫_2014_Vn.Ddb”中相應的.lib 庫中（格式為“只讀”），最后進入PLM 系統更新，客戶端即可下載到本機后使用。如圖2所示。

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

圖2 產品特性庫

“Sheet Part”物料編碼能唯一確定的，則輸入PLM 系統中對應的物料編碼。當提交元件庫的，確保提交庫的命名、分類、圖形設置等正確無誤，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，按照事前已經定版的電氣外購件型號規格書寫要求填寫完整的物料表，通過PLM 系統申請物料編碼；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 設計時手動輸入。如圖3所示。

圖3 元件屬性圖

3.1 基本設置

Protel 原理圖環境設置是非常重要的一環，也是建庫標準化、美觀化的基礎。采用系統設置字體“Times New Roman”，常規10 號字。捕捉網格的尺寸默認為5，可視網格的尺寸為10，電氣網格為8。庫圖形的坐標原點要建在十字坐標附近，便于設計圖紙的元件更新。元件庫編輯環境的設置為默認設置，即“Options”->“Document Options”和“Options”->“Preference”菜單的默認設置。

另外，引腳約定設計人員平時常忽略的，需要強調的是，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，要進行電路仿真分析的引腳屬性需要設定；圖形特性中長度的常用設置為30、20，顏色的常用設置為黑色。

3.2 PCB 封裝庫

半導體器件的封裝實現了器件的物理保護和電氣連接，是電子產品的重要組成部分，通常包括尺寸、形狀、引腳數量、間距、長度等標準規格，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，同一技術參數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，封裝形式不斷改進和升級，給封裝庫的建設提出了較高的要求。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過驗證才能作為正式文件。

該庫是應用于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雜，要求參照的優先順序為Protel 自帶庫Advpcb.Ddb、設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，同時需要滿足后面的基本設置。如果封裝形式超出了庫的范圍，可通過PLM 系統申請增加，入庫后便可使用。要求封裝庫的內部參數及尺寸等準確無誤。如圖4所示。

圖4 封裝庫

該庫編輯環境的設置采用默認設置，即“Document Options”和“Preference”默認設置。

4 示例

在半導體專用設備設計過程中，根據科研信息化管理的需要，對所用到的電子元器件進行嚴格分類是信息化的基礎，是必要的也是必須的。根據實際需要進行一級分類，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，便于設計和生產管理；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，為方便提高研發、生產的效率，設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 系統中可以下載作為規范參考。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、限位傳感器、光柵尺、編碼器、開關等。

4.2 驅動模塊

驅動模塊包括：步進電機及步進驅動器、伺服電機及伺服驅動器、線性電機及驅動器、其它電機（包含各種異步電機、減速電機、減速器、泵等）。變頻器、軸流風機、品牌專用驅動模塊。見表2。

表2 驅動模塊庫示例

4.3 控制模塊

控制模塊包括：PLC、計算機、CF 卡、運動控制產品、網卡、觸摸屏，還包括圖像相關的CCD/相機、鏡頭、圖像處理卡、圖像密鑰、圖像軟件包等。框內填寫的內容主要是控制模塊的名稱。見表3。

電源模塊包括：開關電源、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器、溫度控制器、NTC 熱敏電阻、轉換模塊等。以上這些內容也是非常重要的，設計細節也必須在企業內統一。

表3 控制模塊庫示例

5 結 論

本文詳細分析和描述了電氣設計軟件庫的創建和規范，為企業電氣設計的規范化和便捷化奠定基礎，同時也是信息化管理PLM 系統的必然要求。另外，隨著電氣設計工具軟件的發展，Protel99已經比較落后，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行了關聯，所以還有必要進一步探討庫在不同版本軟件之間的共享問題。

[1]中國電子科技集團公司第四十五研究所.技術規范匯編[Z].北京，2011.

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