如何设计好一个硬件电路系统

我觉得好的硬件设计应该从下面几个方向来考虑:

1)需求定义:我们设计的产品都是给用户去使用的,产品好不好不是设计人员说了算,而是用户使用后去评判。那么我们在设计硬件之前,就需要考虑好用户的核心诉求是什么,硬件功能有哪些,应用环境,使用寿命等。

2)需求分解及方案设计:从这些用户诉求中提炼出硬件设计的基本需求,根据这些基本需求选择合适的方案。一个好的方案,包含很多方面,需求的完整度及可实现性、方案的成本(人力及物料)、方案的DFX考虑(可制造性DFM、可测试性DFT等)等。

3)硬件实现上:

a. 器件选型,好的设计不是说一定要用最好的器件,合适的器件即可,性价比是重要的。另外器件的可靠性也要考虑,HBM/CDM等级,工业级/商业级,供电&功耗,尺寸&高度等。

b. 电路设计,功能不能遗漏,同时电路设计也要简化,关键电路最好能有冗余备份,考虑到后期维护,也要设计相关的维测电路,如指示灯,电压监控等

c. PCB设计。好的硬件也要考虑PCB设计,如高速信号设计、时钟隔离、复位中断信号设计、电源参考等。信号完整性测试,SI/PI。另外,单板PCB布局也很关键的,涉及结构、散热、EMC等方面。

d. 可靠性设计。给用户用的硬件,不能一用就坏,ESD、EMC设计都要兼顾,防护电路的设计,对于存储器件是否考虑ECC,器件及电路温度降额、电压&电流降额、功耗降额等等。

4)测试加工。样机的验证,信号质量、信号时序、功能测试、性能测试等等,快速验证样机的功能性能。另外如何在生产上快速拦截故障品,需要FT测试、老化测试,温循测试等等测试项的合理选择,避免器件的早期失效。

5)后期维护。硬件不是卖给用户就结束了,良好的硬件设计,还需要关注后期在用户端的表现,故障信息的收集,故障问题的快速闭环,针对发现的问题不断改进设计。

上面这些只是一个好的硬件设计中需要关注的部分问题,真正如何做好的硬件,需要我们不断吸取经验教训,从硬件设计的全流程中着手。

如何设计好一个硬件电路系统图1
如何设计好一个硬件电路系统图2

如何设计好一个硬件电路系统图3

一款设计周全,做工精美的硬件就是好硬件,它不仅仅是功能板,更是一款艺术品。要设计出好硬件,至少需要丰富的基础理论知识,熟悉产品需求,熟练的使用设计和仿真软件,熟练的测量技巧,甚至高超的焊接技术。如果打板时不小心用错料了,还可以手工焊接一下。

如何设计好一个硬件电路系统图4

以我们常见的开发板来说明,一款好硬件包含但不限于:

1.布局错落有致,回路清晰,网格独立。

2.走线平直少弯,该直则平,该等长则绝不差。

3.预留足够的T点,零欧电阻点。

4.前后正反两面只有孔通,没有硬飞线。

5.插槽式IP,例如LCD,Camera,NandFⅠash等,尽量直插,少用中间线板。

6.外围和CPU分离,即底板加CPU板的组合方式。

7.开发板IC引脚必需全部引出,产品则可根据需要引出。

8.支持多种电源,火牛,电池,USB等等,并有过压保护。

9.元器件清晰可见,丝印标注正确。

10.焊接到位,无错,无虚,无短,无开。

如何设计好一个硬件电路系统图5

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