原理图符号引脚的电气类型

“ 引脚是原理图符号中最重要的对象，在绘制引脚时，可以选择引脚的电气类型，比如输入、输出、高阻等。本文将介绍引脚电气类型的含义及其应用。 ”

引脚的电气类型有什么用？

电气规则检查 (ERC) 使用引脚的“电气类型”来判断您是否犯了明显的错误。ERC的功能非常有限，它所做的只是读取连接到特定网络的所有电气类型的引脚，并根据错误矩阵检查它们的组合。

例如：默认情况下，将两个输出引脚连接在一起将导致错误。（这是有道理的，因为一个输出可以为高电平，另一个输出可以为低电平，从而导致电源和接地之间发生短路。）

如何选择正确的类型？

为了使 ERC 尽可能有效，需要注意为引脚分配正确的电气类型。 元器件的数据手册是一个很好的开始。

为元件供电的引脚（vcc、gnd、vss...）是电源输入。

数字和模拟输入引脚是输入。

输入引脚必须被驱动（不能不连接）

数字和模拟输出引脚为输出（对于数字引脚，仅当引脚具有推拉功能或具有内部上拉或下拉网络时才使用此功能。）

输出引脚不能与其他输出引脚或双向引脚连接（避免可能的短路）

某些总线引脚（i2c 的 sda）是双向的

根据当前系统状态，任何可以处于输入或输出状态的引脚。

无源器件的引脚和始终仅连接到其他无源器件的引脚是无源的

旨在为其他设备供电的引脚使用电源输出（DC/DC 转换器的输出引脚、电压调节器等）

多个电源输出引脚不能连接（避免电源短路）

未连接（NC）用于符号中对应封装中没有功能的引脚。（您可以将它们设为不可见以减少混乱，但不要把它们叠在一起，这样它们会相互连接。）

NC 引脚在 KiCad 中仍然可以连接，但在 ERC 中会出现错误。请注意，堆叠的 NC 引脚是互相连接的。

集电极开路用于集电极开路或漏极开路输出（需要外部上拉的输出引脚）

发射极开路用于发射极开路或源极开路输出（需要外部下拉的输出引脚）

三态用于具有高阻抗状态（高 Z）的输出引脚，此类引脚具有以下可能的状态。

高 -> 低阻抗连接至高信号电压（大多数情况下为正电源电压）

低 -> 低阻抗连接至低信号电压（大多数情况下为 GND）

高 Z -> 与任何东西都没有联系。（高阻态）

根据配置既可以是输入也可以是输出的引脚（典型的 GPIO 引脚）可以标记为双向或未指定。

“未指定” vs 双向引脚

KiCad 的引脚有一种 “未指定” 类型。 无论该类型的引脚连接到什么，都会产生 ERC 错误。 它实际上应该只用于强制用户为具有软件可配置引脚的元件制作的特定符号。一个典型的例子是微控制器的 GPIO 引脚。  还有一种更宽松的设置替代方案。 您可以将这样的 GPIO 引脚设置为双向引脚。 这削弱了 ERC，但允许用户直接使用原理图中的符号，并且仍然可以利用它。 （用户仍然可以为最终配置创建更具体的符号，但他们不会被迫这样做。）

另一个例子是通用连接器的符号。这里宽松的替代方案是被动的，但未指定也是一个合乎逻辑的替代方案，因为符号设计者不知道连接器代表什么。 

输入引脚需要被驱动

标记为输入的引脚需要连接到可以驱动它们的引脚。 任何不是输入或电源输入引脚的器件都可以起到此作用。

连接多个（电源）输出引脚

如果您有多个需要并联的输出引脚或电源输出引脚，那么您可以做出选择。

让 ERC 提示连接多个电源输出引脚

只将其中引脚之一设为输出类型，其余引脚设为被动类型

隐藏的电源输入引脚

另一个特殊情况是隐藏的电源输入引脚。 在KiCad中，所有的电源符号（网络标签）都是全局的。不要在电源符号以外的任何应用中使用不可见的电源输入引脚，因为它们限制了您使用符号的方式。（使用多条电源线变得不可能。连接不可见影响了原理图的审查。）

引脚什么时候是“电源输入”或“电源输出”

如果某个引脚是电源消耗者，则该引脚是电源输入。如果它提供电源的话，就是电源输出，如 DC/DC 转换器、LDO 的输出…… 电源标志用于告诉ERC，该引脚不是电源输出就是电源输入。如果使用通用连接器供电，或者无源元件与电源串联（保险丝、滤波器的电感器等），都需要使用电源标志。 电流流动的方向本身并不能决定它是否是电源输入。您还需要考虑引脚的电位及与其对应引脚的电位差。 现在让我们看看具有更高正电位的引脚。如果电流流出则为电源输出，否则为电源输入。对于更低电位的引脚，电流方向正好相反。 电流从正电位引脚流入负电位引脚 -> 两者都是电源输出。

如果电源输出与电源输入需要共用一个引脚，情况就会变得棘手。在这种情况下，应优先考虑电源输入。（因为如果没有向公共引脚提供外部电源，整个电路将无法工作。）

审核编辑 黄宇