电气设计库管理办法与基本规范

赵立华，田知玲，涂佃柳

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

半导体专用设备研发企业除了办公管理系统的信息化，还要加强研发过程管理的信息化，这对企业技术标准化、规范化提出了更高的要求。尤其是电气设计环节中元件库的建立和规范变得越来越重要，越来越迫切。为便于半导体专用设备的电气设计元件库（Protel）的使用和管理，对元器件等进行整理成公共库，要求按照该规范进行设计，并由技术管理部门审核后方可使用。该规范仅作为一个基本要求，设计人员以此规范和公共元件库为基准，进行元件库的设计。随着新国标的推出和系统中产品的进一步丰富，同一个元件图形需要更新的采用“替换”方式更新，新增加的元件库可直接添加。

库的设计细节要符合规范，并经技术管理部门进行审核，库更新后由技术管理部门升级成为新版本，对于已经应用PLM 系统（产品全生命周期管理系统）的企业，库的统一管理使用是必要的。当然，由于电子元器件经常变化，该规范是个长期更新的过程，需要不断进行修正、完善。

1 管理办法

1.1 基本办法

从元件库的特点和半导体专用设备产品的实际情况出发，元件库的管理采取公共元件库和产品特性元件库分开管理的办法。

公共元件库的来源有国家标准、企业标准以及已经入PLM 系统的产品元件库，其中大部分为通用的元件，有些是特性库的参考，比如驱动器、PLC 等。该库按照八大模块进行划分，不需要区别Protel 的自带库和设计的自建库，名称统一为电源模块.lib、控制模块.lib、电子元器件.lib、传感器模块.lib、接插件.lib、驱动模块.lib、仪器仪表.lib、专用单元.lib 以及缆线.lib，对应的Ddb 文件为“***公共元件库2015Vn”，Vn 表示版本号。

各设备研制部门需要按照产品系列分别建立不同的特性库，比如CMP.lib、光刻.lib、探针.lib、激光划切.lib、声扫.lib、线切割.lib、印刷.lib、清洗.lib 等，为便于查找，不需要进行模块细分。为方便管理，特性库仅包括已入PLM 系统的产品，未用元件不要随意放置，随着进入PLM 系统的增加，逐步增加库的内容。

1.2 进入PLM 系统

需要进入PLM 系统的元件库，和物料建立关联关系，经技术管理部门审核后方可进入相应的元件库。凡是提交图纸中元件对应的图形不属于上述元件库，技术管理部门将图纸文档返回设计人员，重新修改入库后方可提交，这是强制性纪律要求，否则给后期管理带来不便。

2 基本要求

2.1 外形与颜色

库元件的放置位置规定为库文件的第四象限，即右下角，其中“接插件1.lib”中库图形的本体放在第四象限的左侧，引脚在第三象限。

绝大部分的图形库除符合相应规范外，还要比例适当，外形美观大方。需要指出的是，外形要符合国标，不要增加其他一些东西。具体要求有三方面：第一，字体要求设计图样本身要一致，常见设置如字体：Times New Roman，字形：常规，大小：10，字体为小四的详见下文所述；第二，颜色以黑色（3）、蓝色（229）、浅黄色（218）、紫色（221）为主，线宽采取默认线宽设置的居多，需要加粗的见下文描述；第三，外形如宽度、长度以及边框等，有的元件要求明确。

2.2 引脚

引脚使用“Pin”工具，而不要使用“Line”工具画线。引脚线宽采用Protel 的默认设置，引脚长度以20、30 单位（具体见下文）长度为主。要求引脚名称和编号填写完整，需要隐藏的应用Show选项进行设置，同时有的元件对引脚间隔有明确要求。

2.3 库的命名和描述

库中各元件的命名方法如下，以英文大写为主，必要时可以加入中文、数字等，如“NAND”写成“NAND 非门”。若无法严格分类的，可以把名称、规格等加入到库元件中，比如Drive_ 松下_伺服1、Drive_ 东方_ 步进1、开关电源_ 明纬_NES1、开关电源_明纬_T6 等。

传感器暂定按引线（引脚）及布局进行分类，如2 根、3 根、4 根等，其中编码器也是按照类似方法。如图1所示。需要强调的是，代号和内容描述要准确，库名称优先选择“名称_ 主要特征”的命名方法，特征相近的再依次按照流水号进行，其中若有国标号的以“名称_主要特征_ 国标号”的方式命名。

3 建库方法

由于来源比较多且复杂，要求选用的优先顺序为国标库GB4728.Ddb、Protel 自带库（Miscellaneous Devices.Ddb、Protel DOS Schematic Libraries等）、设计人员的自建元件库。建库的基本原则是自建库“先入为主”，即先入库的为准，同时需要满足后面的基本设置。

现在以驱动器等为例，说明具体的分类命名与建库方法。库中各元件的命名方法如下，以英文大写为主，必要时可以加入中文、数字等，如"NAND" 写成“NAND 非门”。若无法严格分类的，可以把名称、规格等加入到库元件中，比如Drive_松下_ 伺服1、Drive_ 东方_ 步进1、开关电源_明纬_NES1、开关电源_明纬_T6 等。

电机驱动器的接口（引脚）各个厂家差异较大，所以按照厂家进行分类，如日本东方、北京中创天勤、日本松下、美国Copley、西门子等。要求元件库的所有接口全部画出，不要隐藏。当利用该库设计时，可以通过"Edit" 指令编辑库特征。如图1所示。

图1 驱动器_ 伺服

（1）针对控制模块中的工控机，建立元件库时，分类首先以厂商为准，然后以具体的机箱型号分类，最后按照顺序流水号细分。针对工控机的内部配置，如硬盘、鼠标、底板、显示器等，元件库中不做要求，根据需要申请物料码。

其他类似的按“套”采购的组合式单元，如西门子驱动、专用控制平台、光栅尺等，除了整体作为一个元件外，其内部配置可以根据需要单独申请物料码。

（2）除了全单位共用的“*** 公共元件库2015Vn” 之 外，产 品 特 性 库 “*** 特 性 库_2014_Vn.Ddb”的元件库，务必经过技术管理部门核准后方可进入。

操作办法分为三步。

第一步：由各部门的电气设计人员按照一定的规范，创建产品特性库“*** 特性库_2014_Vn.Ddb”的元件库。

第二步，以上所有.lib 文件和整机电子版电气图纸一起提交到技术管理部门，由相关人员审核元件库的正确性、重复性、美观性等。

第三步，经审核不合适的经过重新修改并经技术管理部门审核后，入库提交，具体方法为：技术管理部门相关人员在打开两个库.lib 的编辑环境中，通过对事业部提交的元件库中的元件进行“拷贝（Copy）”，然后“粘贴（Paste）”进“*** 特性库_2014_Vn.Ddb”中相应的.lib 库中（格式为“只读”），最后进入PLM 系统更新，客户端即可下载到本机后使用。如图2所示。

需要注意元件的属性维护，Protel 自带库中已有的，优先选择，有类似的，参照已有元器件库开始创建，要求元件属性填写完整，即“Tools->Description->Component Text Fields”对话框，“Default Designator”标示符、“Description”注释和“Footprint”封装以及“Sheet Part”。

图2 产品特性库

“Sheet Part”物料编码能唯一确定的，则输入PLM 系统中对应的物料编码。当提交元件库的，确保提交库的命名、分类、图形设置等正确无误，并在“Tools->Description->Component Text Fields”对话框的“Description”文本框中注明来源，即“来源”GB4728-Gb2.lib、Protel 的某个自带库、摩托罗拉公司的某个库、设计人员自建库等。

每个库元件的二维图实体和该元件物料码同时提交。操作为三步，第一步，元件的二维图实体提交审核；第二步，按照事前已经定版的电气外购件型号规格书写要求填写完整的物料表，通过PLM 系统申请物料编码；第三步，把物料编码输入“Tools->Description->Component Text Fields”的“Sheet Part”文本框中。当库元件的二维图无法保证“一物一码”的，即无法确定唯一性的，则“Sheet Part”文本框为空，Sheet 属性需要在Protel 设计时手动输入。如图3所示。

图3 元件属性图

3.1 基本设置

Protel 原理图环境设置是非常重要的一环，也是建库标准化、美观化的基础。采用系统设置字体“Times New Roman”，常规10 号字。捕捉网格的尺寸默认为5，可视网格的尺寸为10，电气网格为8。库图形的坐标原点要建在十字坐标附近，便于设计图纸的元件更新。元件库编辑环境的设置为默认设置，即“Options”->“Document Options”和“Options”->“Preference”菜单的默认设置。

另外，引脚约定设计人员平时常忽略的，需要强调的是，元件引脚表示该元件的电气连接点，既有电气特性，又有图形特性。电气特性不做具体要求，要进行电路仿真分析的引脚属性需要设定；图形特性中长度的常用设置为30、20，颜色的常用设置为黑色。

3.2 PCB 封装库

半导体器件的封装实现了器件的物理保护和电气连接，是电子产品的重要组成部分，通常包括尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等标准规格，便于加工以及和印刷电路板的配合，比如DIP、SOP、QFP、BGA、MCP 再到SIP，还有封装形式一样但封装材料也有金属、陶瓷、金属- 陶瓷、塑料多种类型。有时，同一技术参数的器件会有多种封装形式，不同厂家表示方法也不尽相同。另外，封装形式不断改进和升级，给封装库的建设提出了较高的要求。封装库的基本要求是，必须和实物的尺寸、大小一致，凡是不确定的必须经过验证才能作为正式文件。

该库是应用于PCB 格式的封装库，名称为“*** 封装库_2014_Vn.Ddb”（2014_Vn 表示年份、版本号）。由于来源比较多且复杂，要求参照的优先顺序为Protel 自带库Advpcb.Ddb、设计人员的自建封装库。建库的基本原则是自建封装库“先入为主”，即先入库的为准，同时需要满足后面的基本设置。如果封装形式超出了库的范围，可通过PLM 系统申请增加，入库后便可使用。要求封装库的内部参数及尺寸等准确无误。如图4所示。

图4 封装库

该库编辑环境的设置采用默认设置，即“Document Options”和“Preference”默认设置。

4 示例

在半导体专用设备设计过程中，根据科研信息化管理的需要，对所用到的电子元器件进行严格分类是信息化的基础，是必要的也是必须的。根据实际需要进行一级分类，可分为八大模块，比如电源模块、控制模块、电子元器件、传感器模块、接插件、缆线、驱动模块、仪器仪表及专用单元。其中缆线、电气自制件和电气辅料等对入库没有具体要求，尽可能把常用的入库如多股单芯电缆等，便于设计和生产管理；另外六个模块中的通用部分较多，下面分别描述。由于电气辅料没有参考的库资源、种类繁多并且图纸上没有体现，为方便提高研发、生产的效率，设计人员尽可能多的建立辅料库。下面所述为典型图库，更多的图库在“*** 公共元件库2015Vn.Ddb”中，在PLM 系统中可以下载作为规范参考。见表1。

表1 传感器元件库示例

4.1 传感器模块

传感器模块包括：光电开关、限位传感器、光栅尺、编码器、开关等。

4.2 驱动模块

驱动模块包括：步进电机及步进驱动器、伺服电机及伺服驱动器、线性电机及驱动器、其它电机（包含各种异步电机、减速电机、减速器、泵等）。变频器、轴流风机、品牌专用驱动模块。见表2。

表2 驱动模块库示例

4.3 控制模块

控制模块包括：PLC、计算机、CF 卡、运动控制产品、网卡、触摸屏，还包括图像相关的CCD/相机、镜头、图像处理卡、图像密钥、图像软件包等。框内填写的内容主要是控制模块的名称。见表3。

电源模块包括：开关电源、断路器、熔断器、滤波器、继电器、交流接触器、整流桥、变压器、电源插线板等控制模块。电子元器件包括：电容、电阻、二极管、三极管、集成电路等。另外，把开关按钮、荧光灯也归入该类型。接插件包括：接线端子；浮动连接器、圆型插头/座、PCB 用接插件、以及其他特殊的接插件。仪器仪表及专用单元包括计数器、温度控制器、NTC 热敏电阻、转换模块等。以上这些内容也是非常重要的，设计细节也必须在企业内统一。

表3 控制模块库示例

5 结 论

本文详细分析和描述了电气设计软件库的创建和规范，为企业电气设计的规范化和便捷化奠定基础，同时也是信息化管理PLM 系统的必然要求。另外，随着电气设计工具软件的发展，Protel99已经比较落后，AD12 作为比较新的版本已开始拓展使用，由于AD12 的元件库和封装库进行了关联，所以还有必要进一步探讨库在不同版本软件之间的共享问题。

[1]中国电子科技集团公司第四十五研究所.技术规范汇编[Z].北京，2011.

[2]赵伟军.Protel99SE 教程[M].北京：人民邮电出版社，2004.