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最高境地系列!成功的硬件电路设计心得
发布时间:2016-12-06 09:45新闻来源:PCB厂

 

硬件规划即是依据商品经理的需求PRS(Product Requirement Specification),在COGS(Cost of Goods Sale)的请求下,运用目前业界老练的芯片计划或许技术,在规则时刻内完结契合PRS功用(Function),功用(Performance),电源规划(Power Supply), 功耗(Power Consumption),散热(Thermal/Cooling),噪音(Noise),信号完好性(Signal Integrity), 电磁辐射(EMC/EMI),安规(Safety),器材收购(Component Sourcing),可靠性(Reliability),可测验性(DFT: design for test),可出产性(DFM:design for manufacture)等请求的硬件商品(留意:是商品不是开发板)。

可以看到,一个成功的硬件规划,首要功用的完结仅仅一切环节中的一小部分,并且根本来说,首要功用的完结首要是依靠芯片厂商供给的套片计划,通常来说为了下降危险,首要是参阅套片计划的参阅规划完结,芯片厂商也会供给包含器材封装,参阅规划,仿真模型,PCB参阅等等悉数材料,在芯片功用越来越杂乱的今日,一个片子动不动就几百上千个PIN,关于一个新项目来说,是没有时刻一页页去吃透每个PIN,每个输入输出的具体功用,电气参数的,尤其是关于高速规划,比方DDR3接口,XAUI接口等等。 通常来说芯片厂商供给的参阅规划即是他们经过开发,验证,测验的最佳计划了,许多情况即是你有必要依照参阅规划来做,否则硬件也许就有疑问,通常来说即是信号完好性疑问或许EMC疑问。

芯片厂商供给越来越周到的效劳,看起来硬件工程师HW(Hardware Engineer)的价值越来越低了,究竟一个商品的中心功用或许技术通常都在ASIC或许FPGA里边了,HW通常没有才干进行中心逻辑规划IC design, 究竟这是跟HW规划并行的另一项作业,另一项也很杂乱的作业。 关于这个疑问,我也从前困惑过,总是感受硬件规划没有啥好搞的了,不即是抄抄参阅规划,就跟拼装一台电脑相同拼装一个单板嘛。

当然跟着项目经历的增多,尤其从事如今硬件体系级规划的人物,感受本来自个思考更多是从一名原理图规划工程师的视点思考疑问。 就像开端说的,一个成功的硬件规划,功用Function仅仅一小部分,至于别的的要素和才干,一个HW的才干取决于能思考要素越多,越深化,就越是一个优异的HW工程师。

1.本钱Cost任何一个卖硬件商品的公司的首要盈余通常来说即是销售报价-COGS,而COGS90%取决于规划,剩余即是出产本钱了,这个报价通常来说对比透明,代工厂也许多,竞赛激烈。尽管说规划本钱60%也取决于首要芯片的报价(这个首要要靠公司高层跟芯片厂商商洽的成果了,HW的效果有限,更多是体系工程师做决策用啥芯片能契合商品需求和软件功用需求),可是剩余的电阻,电容,电感,二极管,三极管,维护器材,接口器材,逻辑芯片,逻辑功用,小芯片,电源电路全都是HW做主了,当然有参阅规划,不过通常来说参阅规划为了非常好表现芯片的杰出功用,通常会选用对比贵的,功用非常好的器材,这就要结合公司的器材库进行取舍了。 我的经历是多看看公司的同类商品规划,看看我们干流是用啥器材,究竟关于元器材来说,报价跟收购量有很大联系,不一样的收购量致使的报价也许相差几倍。

2.2信号完好性Signal Integrity首要影响两方面:EMC和时序Timing,欠好的SI规划会有很强的过冲over/undershoot,尖峰Spike,这会形成对应频率N谐振频率的发射;欠好的SI规划会致使High/low不稳定,或许上升时刻/下降时刻Rising Time/Falling Time占数据周期过长,或许时钟不稳定,都会致使在接纳端采样Sample时呈现误判断,实际上,接纳端不会犯错,犯错的仅仅信号。 SI规划在原理图规划来说,首要从阻抗匹配(串行电阻)上来处理,辅以恰当的退耦滤波电容;跟首要是在PCB上,通常来说PCB层数越多,SI会非常好,当然这儿要跟Cost 进行一个取舍了。

3.3电源规划Power Supply尽管通常大些的公司都有专门的电源规划工程师,不过关于HW来说,根本的Power规划才干仍是很首要的,从道理上来说,任何电路都是一种电源,任何电路疑问都可以归结于一种电源疑问,只要关于电源电路了解深化了,才干关于电路板了解跟深化,尤其是关于模仿电路疑问,才干想到用模仿电路来规划一些简略电路,而不是吃力用逻辑电路来搭。

4.4安规Safety关于接口电路来说,首要本钱都在与安规器材,这个接口究竟要抗多大的电压,电流冲击?这就要好好思考用啥器材了,fuse? PTC? TVS?高压电容?

5.5电磁兼容EMC/EMI首要是关于各个国家的相应标准(安规也是),关于各种也许发生辐射的信号都充分思考好退耦,滤波,关于欧盟来说通常是EN55022/EN55024,关于美国通常是FCC Part 15, 欧盟和美国的辐射标准略有不一样,欧盟的标准稍微严厉一些。

6.6功耗(Power Consumption)如今都发起环保,运营商也是,HW也有必要思考省电,比方用功率更高的电源电路,用PWM代替LDO,功率更高的变换拓扑。

7.7散热(Thermal/Cooling)芯片集成度越来越高,单芯片的功耗从几瓦到如今的几十瓦,散热即是一个大疑问,并且伴跟着接口的速率进步,接口芯片的功耗也在进步,形成全部体系即是:热!这就需求好好思考散热疑问,从PCB的规划,到散热片Heatsink的运用,到电扇的运用,都有许多思考。

8.8噪音(Noise)电扇是散热最佳的方法,可是带来的疑问即是噪声,ITU关于通信设备的噪声也有明确的标准,这就需求平衡电扇数量,转速,风向,控制等要素。

9.9器材收购(Component Sourcing)HW选用的器材有必要得是Sourcing部门可以收购到的,并且通常也要思考second source的疑问,和lead time的疑问,不能说选用一个只要一个小公司出产的稀有器材,假如这个器材EoL了,你是怎么办?只能修正规划了,这就丢失大了!

10.10可靠性(Reliability)全部体系MTBF的数值多少?危险最大的器材是啥?每个器材的作业Margin是百分之多少? 

11.11可测验性(DFT: design for test)/可出产性(DFM:design for manufacture)首要针关于工厂的思考,有必要思考到便利工厂的出产测验,便利出产,假如你的测验很杂乱,会大大下降出产线的产能和良率,进而影响供货以及出产制品! 」赜诓卧墓婊,我感受最有用的地方首要是供电电路,退耦滤波电路以及Layout规划,至于总线衔接,复位电路,时钟电路,接口电路等等,通常来说都需求依据公司器材库,规划事例以及业界干流器材/计划进行修正。所以千万不要迷信参阅电路,那仅仅参阅,过火迷信参阅规划,自个还没搞清楚芯片具体功用/参数呢,就COPY过来,即便可以作业,肯定在本钱方面,出产方面有许多疑问。

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