Schemdraw 绘制 IC 原理图

简介

Schemdraw 是一个用 Python 绘制电路原理图的库。使用时逐一添加元件并设置其朝向与标签，库按添加顺序维护画笔位置，自动完成连线衔接，最终导出 SVG 或 PNG。

与 KiCad、Fritzing 等图形化工具不同，Schemdraw 没有交互式编辑器，图形完全由代码生成。这一特点使它天然适合需要版本控制与可复现性的场景——文档、讲义、论文附图等，图形随代码一起纳入版本管理。

1	pip install schemdraw

放置元件前，可先对照官方图示了解各符号的外形与默认朝向：Basic Elements（electrical）。

核心对象：Drawing 与 Element

画图时主要打交道的是两个类：

类	含义	在程序中的角色
`schemdraw.Drawing`	一张原理图画布	容器：持有已添加的元件、全局样式，以及当前画笔位置 `here`
`schemdraw.elements.Element` 及其子类	单个电路符号	`Resistor`、`PFet`、`Line`、`Ground` 等都是 `Element` 的子类；先构造实例，再交给 `Drawing` 放置

Drawing 支持上下文管理器（with ... as d）：进入时创建画布，退出时按配置显示或保存。常用写法：

import schemdraw
import schemdraw.elements as elm

with schemdraw.Drawing() as d:          # d 是 Drawing 实例
    d.config(fontsize=12, color='black', bgcolor='white')
    r = d.add(elm.Resistor().right().label('1k'))   # 构造 Element，再加入画布
    d.add(elm.Capacitor().down().at(r.end).label('10uF'))
    d.save('out.svg')

要点：

elm.Resistor() 等只构造符号对象（可链式设置朝向、标签），尚未上画布。
d.add(...) 才真正放置：按入笔（Placement）/ 出笔（Drop）更新 d.here，并返回已放置的元件，便于用 r.end、MP.gate 等锚点继续布线。
整张图的画笔状态（d.here、全局样式）在 Drawing 上；单个符号的几何与锚点在 Element 上。后续各节（坐标系、朝向、链式接口）均在说明这两者如何配合。

坐标系与画笔

Drawing 维护一个全局画笔坐标 d.here。每次 d.add() 放置元件时，有两件独立的事情发生：

概念	含义	控制方式
Placement（入笔）	元件以哪个引脚对齐到起始坐标；起始坐标默认为当前 `d.here`	`.at(坐标或锚点)` 改起始坐标；`.anchor(名)` 改对齐引脚
Drop（出笔）	放置完成后将 `d.here` 更新为哪个引脚的坐标	`.drop(名)` 换端子；`.hold()` 保持 `d.here` 不变

顺序串联时只需逐个 d.add：每颗元件的出笔（drop）自动成为下一颗的入笔，d.here 链式推进。跨支路或非串联走线时，用 .at(锚点) 显式指定位置，独立于 d.here。

Placement（入笔）

未指定时，放置点为当前 d.here（上一元件的出笔，或画布初始位置）。
.at(p) 将放置点设为坐标或另一元件的锚点（如 M.drain），相当于跳过默认入笔、改钉别处。
.anchor(name) 指定以该引脚对齐到放置点（即「用哪个端子入笔」）。

典型默认放置锚点：二端元件为 start；PFet 为 source；NFet 为 drain。

Drop（出笔）

元件加入画布后，d.here 更新为该元件 drop 端子的坐标。

官方文档一般不标注 “drop”，仅给出锚点名称。推断规则：

二端元件（Element2Term：电阻、电容、二极管、导线等）：默认 drop = end，即沿绘制方向的出口端（.right() 时在右端，.down() 时在下端）——与包围盒的「最右」「最下」无关，取决于绘制方向。
多端元件：默认 drop 由库内 elmparams['drop'] 决定，需对照锚点或运行时验证。

常见多端默认（元件默认朝向）：

元件	默认 drop（出笔端子）	说明
`PFet`	`drain`	θ = 0 时位于竖直沟道下端
`NFet`	`source`	同上，便于自上而下串联
`PFet2` / `NFet2`	`end`	二端件风格；`.right()` 时在右端
`BjtNpn`	`collector`	非沟道下端
`Opamp`	`out`	输出端
`JFetN` / `JFetP`	`gate`	栅极
`Ground` / `Vdd` 等	连接点	出笔几乎不动，下一入笔仍在原处

可覆盖默认行为：

1 2	d.add(elm.PFet().right().reverse().drop('gate')) # 出笔改到栅极（下一默认入笔亦在此） d.add(elm.Resistor().right().hold()) # 不出笔：d.here 保持入笔处

运行时核对：

1 2	print(d.here) print(m.source, m.drain, m.gate)

朝向：旋转与镜像

Placement / Drop 回答「从哪入、从哪出」；朝向回答「符号在纸面上怎么转」。.right() / .up() / .left() / .down() 设置元件旋转角 θ，参考系为画布 x 正半轴（θ = 0°）：

方法	θ
`.right()`	0°
`.up()`	90°
`.left()`	180°
`.down()`	270°

等价写法：.theta(角度)。

语义说明：

二端元件本地几何沿 +x 定义，故 .right() 表示主体沿 +x 延伸。
PFet / NFet 在本地坐标中沟道沿 −y 方向。θ = 0 意为不旋转，沟道保持竖直，所以对这两种元件 .right() 的外观是竖直沟道——「right」只代表旋转角为 0°，并非表示沟道朝右延伸。
.reverse() 为沿元件轴向的镜像（MOS 上常用于切换栅极左右）；.flip() 为另一方向翻转。二者与 θ 旋转相互独立。

改变 θ 后，drop 仍绑定同一命名端子，其在纸面上的方位会随旋转改变。

常用 API 接口

构造 Element 时常用的方法：

方法	作用
`.right()` / `.left()` / `.up()` / `.down()` / `.theta(θ)`	旋转
`.at(p)`	指定放置点
`.anchor(name)`	指定对齐引脚
`.to(p)`	连线终点（如 `Line`）
`.length(n)`	长度
`.label(...)`	标注
`.reverse()` / `.flip()`	镜像 / 翻转
`.drop(...)` / `.hold()`	覆盖出笔端子 / 冻结 `d.here`（不出笔）

非串联连接时，优先用已放置元件的锚点绝对坐标（.at / .to），不必依赖 d.here 顺序。

示例：CMOS 反相器

结构：电源侧 PFet 与地侧 NFet 串联，栅极共接 IN，中间节点引出 OUT。下面脚本把前述对象与规则串起来：Drawing 作画布，PFet / NFet / Line 等为 Element，串联靠入笔 / 出笔衔接，跨支路靠锚点 .at / .to。

schemdraw-basics-01.pyview raw

# 用 schemdraw 绘制 CMOS 反相器：PFet 上拉 + NFet 下拉，标注 VDD / GND / IN / OUT，并导出 SVG。
import schemdraw
import schemdraw.elements as elm

with schemdraw.Drawing() as d:
    d.config(fontsize=12, color='black', bgcolor='white')

    # PFet: placement at source; θ=0 → vertical channel; reverse → gate on left
    MP = d.add(elm.PFet().right().reverse())
    d.add(elm.Line().down().at(MP.drain).length(0.4))
    # NFet: align drain to current pen for series stack
    MN = d.add(elm.NFet().right().reverse().anchor('drain'))

    d.add(elm.Line().up().at(MP.source).length(0.6))
    d.add(elm.Label().label('VDD'))
    d.add(elm.Ground().at(MN.source))

    d.add(elm.Line().at(MP.gate).to(MN.gate))
    mid = 0.5 * (MP.gate + MN.gate)
    d.add(elm.Dot().at(mid))
    d.add(elm.Line().left().at(mid).length(1).label('IN', loc='left'))

    d.add(elm.Dot().at(MP.drain))
    d.add(elm.Line().right().at(MP.drain).length(1).label('OUT', loc='end'))

    d.save('schemdraw-basics-01.svg')

1	python3 schemdraw-basics-01.py

生成的 CMOS 反相器原理图如下：

与上述概念的对应关系：

elm.PFet().right().reverse()：θ = 0（竖直沟道），.reverse() 将栅极置于左侧；默认自 source 入笔，出笔（drop）至 drain。
elm.NFet(...).anchor('drain')：以 drain 对齐当前笔尖（上一出笔），完成漏极侧串联。
Line().at(MP.gate).to(MN.gate) 与中点引出：基于锚点坐标布线，独立于画笔串联的入/出笔路径。