電路原理圖

關於電路原理圖

電路原理圖是電子電路的標準圖形表示法——元件以標準化符號繪製，以導線連接，提供足夠的資訊以製作或模擬電路。電子工程師在產品生命週期的各個階段都會用到它：從初步概念設計、PCB 佈局審查，到資料手冊文件。Schematex 遵循 IEEE Std 315-1975 / ANSI Y32.2 和 IEC 60617 的元件符號規範。

DSL 有兩種模式。網路列表模式（建議） 採用 SPICE 風格：您列出元件及其連接的節點，引擎會自動完成佈局——每一行都是獨立的，無需追蹤空間狀態。位置模式 用於手動繪製：元件按方向鏈式排列，類似 Schemdraw。兩者都會產生相同的 SVG 輸出。對於生成式圖表（例如由 LLM 產生），請一律使用網路列表模式——其錯誤面遠小得多。

1. 最小電路範例（網路列表模式——建議）

最精簡的實用電路：一個電壓源、一個電阻和一個接地電容——RC 低通濾波器。

三條規則涵蓋約 90% 的網路列表用法：

1. 以 circuit "Title" netlist 開頭（netlist 關鍵字啟用此模式）。
2. 每一行格式為 componentId nodeA nodeB value——一個元件、它所連接的兩個（或多個）命名節點，然後是其數值。
3. 共用相同節點名稱的兩個元件會被連接在一起。 0、gnd 或 GND 是接地網路（地線符號會自動繪製）。

元件 ID 前綴決定符號：R*→電阻、C*→電容、L*→電感、V*→電壓源、D*→二極體、Q*→BJT。當前綴不明確時，加上 type=（例如 X1 a b type=opamp）。您無需計算座標——引擎會根據連接關係自動推導位置。

注釋必須以 # 開頭，且單獨佔一行。

2. 元件

2.1 網路列表模式語法

網路列表行的格式為：

componentId node... [value] [type=…] [label="…"]

位置節點排在最前面；最後一個不像節點名稱的標記會成為數值。範例——一個電晶體（4 個節點）和一個電阻：

Q1 c b e npn        # collector, base, emitter nodes + model
Rc vcc c 2.2k       # two nodes + value

選用方向提示。 引擎根據角色自動定向符號（電源朝上、接地朝下、其餘水平）。若要調整單一符號，加上 dir=right|left|up|down——連接關係不變，只有符號朝向旋轉：

C1 out 0 100n dir=down    # draw C1 as a shunt cap hanging to ground

這是輕量的佈局控制層（類似 Lcapy 的逐元件方向設定）：網路列表連接關係做主要工作，dir= 只用於微調外觀。若需完整的幾何控制，請使用下方的位置模式。

2.2 位置模式語法（手動繪製）

位置模式用於手動以幾何方式排列原理圖。對於生成式輸出，請優先使用網路列表模式——位置模式需要跨行追蹤移動的「游標」，對 LLM 而言容易出錯。

命名元件行的格式為：

id: type direction [value="…"] [label="…"]

匿名元件省略 id: 前綴——解析器會自動指定 ID。

R1: resistor right value="4.7k" label="R1"
capacitor down value="100n"

方向為 right（預設）、left、up、down 之一。它控制元件從當前游標位置向哪個方向延伸。

2.3 被動元件

2.4 電源與供電

2.5 半導體——二極體

2.6 半導體——電晶體

2.7 類比 IC 與運算放大器

2.8 開關與繼電器

2.9 機電元件與量測儀器

2.10 連接器與標註

3. 導線與分支

3.1 導線段

wire direction [N] 從當前游標位置向指定方向繪製一段裸線。選用數字設定長度（像素）。

wire right
wire down 40
wire left 20

3.2 使用 at: 跳轉游標

at: id.end 將游標移至命名錨點，但不繪製任何內容。用於從已放置的元件處分支。

R1: resistor right value="10k"
at: R1.end
C1: capacitor down value="100n"

命名錨點後綴：end、start。元件 ID 在整個圖表中保持不變，因此您可以跳回到任何先前放置的元件。

3.3 接點圓點

放置一個 dot（或使用 net NAME: dot）來標記 T 形接頭——三條或多條導線相交的點。沒有圓點時，交叉導線會繪製為跨越（無連接）。

R1: resistor right
dot
wire right           # continues from R1.end
at: R1.end
C1: capacitor down   # branches down from the same point

3.4 命名網路

net NAME 宣告一個命名網路。net NAME: dot 宣告網路並在當前游標位置放置接點圓點，記住該位置。之後，at: NAME 可跳回該網路的錨點。

net VOUT: dot
R2: resistor right value="10k"
at: VOUT
C1: capacitor down value="470n"

3.5 網路標籤

label "text" direction? 在當前游標位置放置文字標籤。標籤不會移動游標。適合用於命名電源軌或跨頁連接。

label "VCC" up
label "GND" down

4. 網路列表模式

在標頭行的標題後加上 netlist，切換為 SPICE 風格的網路列表解析。自動佈局引擎會根據網路連接關係計算元件位置。

circuit "Low-pass filter" netlist

4.1 網路列表行格式

每行格式：ID net1 net2 [net3…] [value] [key=value…]

• ID — 元件識別碼。首字母決定預設類型（SPICE 前綴慣例）。
• net1, net2, … — 各腳位連接的網路名稱。符合 0、gnd、ground、earth、pe、agnd、dgnd、gnda、gndd、vss 或 com（不分大小寫，可帶選用的 _<word> 或數字後綴，例如 gnd_ref、AGND_DIG、EARTH1）的網路名稱，全部正規化為接地網路。
• value（選用裸標記）— 元件數值或模型名稱。
• key=value（選用）— label=、value=、type= 覆寫。

4.2 SPICE 前綴 → 元件類型

範圍說明： Schematex circuit 僅涵蓋電氣原理圖（IEEE 315 / IEC 60617）。液壓和氣動原理圖（ISO 1219）使用截然不同的視覺語法——方向閥包絡、油缸符號、壓力/回流/洩油線型——本引擎不支援。液壓前綴如 EV*（電磁閥）、BOMBA*（泵）、TANK*、DIPOSIT* 會被拒絕，並顯示「無法推斷類型」錯誤。

4.3 電晶體模型覆寫

對於 Q 行，結尾的模型名稱可覆寫類型：

Q1 c b e npn      # NPN BJT
Q2 c b e pnp      # PNP BJT
M1 d g s nmos     # N-channel MOSFET
M2 d g s pmos     # P-channel MOSFET

對於 D 行，同樣適用：

D1 anode cathode zener
D2 anode cathode led
D3 anode cathode schottky
D4 anode cathode photodiode

4.4 網路列表範例

5. 屬性

位置模式和網路列表模式都接受以下 key=value 屬性：

在位置模式中，元件行內的 at= 等同於前置的 at: 行：

C1: capacitor down at=R1.end value="100n"

6. 標籤與注釋

• 圖表標題： circuit "RC Filter" — 僅限第一行。
• 元件標籤： label="R1" 屬性——參考標識符，顯示在符號旁。
• 數值標註： value="4.7k" — 顯示在元件旁邊或下方。
• 網路標籤： label "VOUT" right — 在當前游標處獨立放置的網路旗標。
• 注釋： # 位於行首（前置空白字元之後）。

7. 保留字與跳脫

行首保留字（位置模式）： circuit（標頭）、at:、net、wire、label。

網路列表模式保留字： 標頭規則相同；其他所有行均為 SPICE 元件行。

接地網路別名（僅網路列表模式）： 0、gnd、GND、Gnd、ground、Ground — 全部視為同一節點。

元件 ID 必須符合 [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*。包含空白字元的數值必須加引號：value="10 kΩ"。

8. 常見錯誤

9. 語法（EBNF）

document        = header statement*

-- Positional mode --
header          = "circuit" ( WS quoted-string )? NEWLINE
statement       = blank | comment | component | wire | at | net-decl | label-stmt

component       = ( id ":" WS )? type WS direction? attrs* NEWLINE
wire            = "wire" ( WS direction )? ( WS integer )? NEWLINE
at              = "at:" WS anchor NEWLINE
anchor          = id "." ( "start" | "end" )
                | id                          // net name anchor

net-decl        = "net" WS id NEWLINE         // declare net only
                | "net" WS id ":" WS "dot" NEWLINE  // declare + place dot

label-stmt      = "label" WS quoted-string ( WS direction )? NEWLINE

component-attr  = "value=" quoted-string
                | "label=" quoted-string
                | "at=" anchor
                | "length=" integer

direction       = "right" | "left" | "up" | "down"
type            = // any value from §2 component tables

-- Netlist mode --
netlist-header  = "circuit" ( WS quoted-string )? WS "netlist" NEWLINE
netlist-stmt    = id WS net-ref+ ( WS kv-pair )* NEWLINE
                | comment
net-ref         = id | "0"                    // net name or ground alias
kv-pair         = id "=" ( quoted-string | bare-value )

id              = [a-zA-Z_] [a-zA-Z0-9_]*
integer         = [0-9]+
quoted-string   = '"' any-char-but-quote* '"'
comment         = "#" any NEWLINE

權威來源：src/diagrams/circuit/parser.ts 和 src/diagrams/circuit/netlist.ts。若本文與解析器有出入，以解析器為準——請開 issue 回報。

10. 標準合規性

Schematex 電路原理圖遵循 IEEE Std 315-1975 / ANSI Y32.2（元件符號外形）和 IEC 60617（國際變體）。網路列表語法遵循 SPICE 前綴慣例（Berkeley SPICE3 / LTspice / ngspice）。

目前已實作：

• ✅ 完整被動元件集：電阻變體、電容變體、電感變體、石英晶體、變壓器
• ✅ 電源與供電：電壓源、電流源、交流源、電池、VCC、四種接地樣式
• ✅ 二極體族：二極體、稽納二極體、蕭特基二極體、LED、光二極體、變容二極體、TVS、橋式整流器
• ✅ BJT：NPN、PNP、達靈頓 NPN/PNP
• ✅ FET：NMOS/PMOS 增強型、NMOS 耗盡型、N/P 通道 JFET
• ✅ 功率半導體：IGBT、SCR、TRIAC、DIAC
• ✅ 光電元件：光電晶體、光耦合器
• ✅ 類比 IC：運算放大器、比較器、施密特緩衝器、三態緩衝器、INA、通用 IC、穩壓器、DC-DC 轉換器、555 計時器
• ✅ 開關：SPST、SPDT、DPDT、按鈕常開、按鈕常閉
• ✅ 繼電器：線圈、常開接點、常閉接點
• ✅ 機電元件：馬達、揚聲器、麥克風、蜂鳴器
• ✅ 量測儀器：電流表、電壓表、功率表、示波器
• ✅ 標註：導線、圓點、標籤、埠、測試點、不連接、天線
• ✅ 位置 DSL：方向鏈接、at: 分支、net 宣告
• ✅ 網路列表 DSL：SPICE 前綴對應、模型覆寫、自動接地合成
• ⏳ BJT/FET/運放命名腳位的腳位級 at:（base、collector、plus、minus、out）
• ⏳ 位置模式中的自動繞線（繞過已放置符號的走線）
• ⏳ 帶位元寬度標註的匯流排導線（/8 斜線）

參考文獻：

• IEEE Std 315-1975 (ANSI Y32.2)：Graphic Symbols for Electrical and Electronics Diagrams
• IEC 60617：Graphical symbols for diagrams
• SPICE3 User's Manual, UC Berkeley — 網路列表行格式慣例

11. 相關範例

12. 開發藍圖

規劃中——目前尚無法解析。 請勿在今日生成的 DSL 中使用；解析器會拒絕或忽略這些語法。

• 多腳位元件的命名腳位錨點 — at: Q1.base、at: U1.out、at: U1.plus，使運放和 BJT 的回授迴路不需要冗長的 wire 繞路即可連接。
• 匯流排導線 — wire right bus=8，繪製帶有 /8 位元寬度斜線標註的粗導線。
• 自動繞線 — connect R1.end U1.minus，讓引擎繞過已放置符號進行走線。
• flip 和 reverse 屬性 — 沿方向軸鏡像或反轉元件的極性/方向。
• dashed 導線樣式 — 虛線，用於射頻屏蔽、電纜束或虛擬連接。
• 層次化頁面 — module "name" { … } 群組，類似邏輯閘模組，用於記錄多頁原理圖。

如有需要優先實作的項目，請在 GitHub issues 中追蹤。