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硬件開發(fā)

硬件設(shè)計(jì)流程


一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程是一件繁雜而又技術(shù)性很強(qiáng)的工作,而一個(gè)具備優(yōu)良性能、穩(wěn)定可靠的硬件平臺(tái)是公司產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)及保證。因此硬件設(shè)計(jì)工作的流程,應(yīng)該遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,才能達(dá)到保證質(zhì)量的要求。本文著重闡述硬件設(shè)計(jì)的規(guī)范流程。主要包括以下內(nèi)容:硬件需求確認(rèn)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、樣板聯(lián)調(diào)及測(cè)試、項(xiàng)目評(píng)審及結(jié)案。

一、硬件需求確認(rèn)

在開發(fā)一個(gè)產(chǎn)品之前,首先要確認(rèn)該產(chǎn)品的硬件需求。這些信息通常客戶會(huì)提供一個(gè)很詳細(xì)的文檔,由公司的商務(wù)部門將需求轉(zhuǎn)達(dá)給開發(fā)部門。了解用戶需求非常重要,因?yàn)楹罄m(xù)的產(chǎn)品方案選擇、開發(fā)計(jì)劃、產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等信息都來自于此。這些信息包括:產(chǎn)品應(yīng)用的目標(biāo)市場(chǎng);需要滿足的所有功能和性能標(biāo)準(zhǔn);產(chǎn)品的外觀尺寸及模具、配件;產(chǎn)品需求時(shí)間。

二、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括整體解決方案的選擇;產(chǎn)品模具外觀的確認(rèn);項(xiàng)目計(jì)劃制定。根據(jù)客戶需求,如CPU的處理能力、存儲(chǔ)容量及速度,功能及接口要求等信息選定合適的整體解決方案。并完成關(guān)鍵功能模塊的設(shè)計(jì)方案選擇,關(guān)鍵器件的選擇及技術(shù)資料、技術(shù)渠道及技術(shù)支持,要充分考慮到技術(shù)可行性、可靠性及成本控制。關(guān)鍵器件的選型要遵循以下幾個(gè)原則:

統(tǒng)一性:關(guān)鍵功能模塊器件,在滿足功能及性能要求的情況下,盡量選擇公司內(nèi)部其它方案使用過的模塊器件,并盡量保證外圍電路的統(tǒng)一。

通用性:盡量選擇P in t o p in兼容種類比較多的元器件,以及在市場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證過的芯片,盡量避免選擇冷門偏門芯片,以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

高性價(jià)比:同樣是滿足需求的情況下,盡量選擇低成本的元器件。

方便采購:盡量選擇方便采購,交貨期短,并且沒有停產(chǎn)計(jì)劃的器件。模具的選擇和設(shè)計(jì)應(yīng)盡量從使用者角度出發(fā),美觀、耐用、安全、散熱、成本等都是需要考慮的問題。這個(gè)工作需要由硬件工程師、結(jié)構(gòu)工程師與美術(shù)工程師共同配合完成。一個(gè)切合實(shí)際且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻?xiàng)目計(jì)劃,是一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)在時(shí)間和效率上的保障。項(xiàng)目計(jì)劃既要考慮到可能出現(xiàn)的各種不確定因素,合理安排各階段的時(shí)間進(jìn)度,也要保證項(xiàng)目人員在開發(fā)過程中的工作效率,確保產(chǎn)品開發(fā)在客戶要求的時(shí)間內(nèi),提前保質(zhì)保量的完成。

三、原理圖設(shè)計(jì)

原理圖的設(shè)計(jì)是保證一個(gè)產(chǎn)品硬件邏輯上正確的根本。如果原理圖設(shè)計(jì)有問題,輕則導(dǎo)致產(chǎn)品部分功能模塊性能變差或者失效,重則導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至無法工作。原理圖設(shè)計(jì)要注意的事項(xiàng)大概歸納如下:

原理圖繪制時(shí),盡量采用本公司標(biāo)準(zhǔn)元器件庫封裝,通用的功能模塊設(shè)計(jì)盡量采用公司統(tǒng)一方案,標(biāo)準(zhǔn)化的原理圖設(shè)計(jì)更便于管理和審核,便于采購和生產(chǎn)控制。

原理圖設(shè)計(jì)的一般規(guī)則:根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng),確定原理圖對(duì)需要保護(hù)部分電路的防護(hù)等級(jí)。

電源系統(tǒng):設(shè)計(jì)之初要詳細(xì)分析板內(nèi)各路電源需求的電流大小,精度要求,紋波控制,上電時(shí)序等。電源設(shè)計(jì)要有充足余量,否則容易造成電源芯片發(fā)熱量過大,電源模塊輸出能力不夠,系統(tǒng)不能正常運(yùn)行等問題,還要注意數(shù)字電源和模擬電源的分離。

成本控制:一般來說,設(shè)計(jì)上冗余越大系統(tǒng)會(huì)越可靠,但成本也會(huì)越高;反之冗余越小成本會(huì)越低但可靠性也越差。第一版原理圖可以預(yù)留較高的設(shè)計(jì)冗余,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時(shí)做一些兼容設(shè)計(jì),以便后續(xù)調(diào)試過程中的降成本測(cè)試,最后達(dá)到一個(gè)最合適的冗余度,使產(chǎn)品性價(jià)比最優(yōu)化。

審核:原理圖設(shè)計(jì)完成后,需要發(fā)給芯片提供商審核,關(guān)鍵模塊部分發(fā)給芯片商技術(shù)支持審核,公司內(nèi)部也要組織嚴(yán)格的審核,特別是對(duì)新加的功能模塊,仔細(xì)審核論證,以保證原理圖的正確性。

編寫設(shè)計(jì)文檔:跟軟件調(diào)試相關(guān)的1 0口連接方式,控制狀態(tài)要求,連接總線設(shè)備地址等,方便后續(xù)軟件調(diào)試。

BOM制作:導(dǎo)出元器件列表,按照公司BOM標(biāo)準(zhǔn)格式制作BOM清單,標(biāo)明每種器件的編碼、類型、詳細(xì)描述、精度等級(jí)、封裝尺寸、裝配方式、單機(jī)用量、位號(hào)。完成后提交樣板計(jì)劃數(shù)量給相關(guān)人員核對(duì)庫存,缺料提交請(qǐng)購。這部分工作應(yīng)該提前進(jìn)行,以免后續(xù)因?yàn)槲锪系截洉r(shí)間影響開發(fā)周期。

四、PCB設(shè)計(jì)

原理圖完成后,導(dǎo)出網(wǎng)表,同步到P CB文件。PC B的封裝還是盡量采用公司標(biāo)準(zhǔn)封裝,新器件封裝要仔細(xì)閱讀芯片手冊(cè)。開始PCB繪制前,首先要保證所有元器件封裝的正確性。

1、PCB設(shè)計(jì)的一般步驟和注意事項(xiàng)

根據(jù)選定的模具,確認(rèn)主板尺寸,跟模具組裝相關(guān)的所有接插件位置、高度限制、禁放器件區(qū)域等。

布局:布局的首要原則是保證布線的布通率,把某種功能模塊的器件盡量擺放在一起,但是芯片之間的互連要注意哪些器件應(yīng)該靠近哪個(gè)芯片放置;數(shù)字器件和模擬器件要分開,盡量遠(yuǎn)離;熱敏器件遠(yuǎn)離發(fā)熱器件放置;定位孔附近不要擺放器件和走線;去耦電容盡量靠近器件的V c C;擺放器件時(shí)要考慮后續(xù)調(diào)試和焊接,不要太密集;要考慮整板的美觀。

2、布線的一般規(guī)則

時(shí)鐘線及高速信號(hào)線:時(shí)鐘線和高速信號(hào)線一般也容易是電磁輻射的干擾源,布線應(yīng)特別注意。一般分為單端和差分。單端線一般要盡量短,地層或參考層盡量完整以減小回路,包地完整并多打地孔;差分線要求地層或參考層完整,等長(zhǎng)等距。有阻抗要求的要計(jì)算好線寬線距,減少輻射。

重要信號(hào)線:注意包地處理、地層完整及阻抗控制。

電源線:根據(jù)各路電源電流大小的評(píng)估,可以設(shè)定各路電源走線的粗細(xì),一般電源線盡量粗,電流越大,電源走線越粗。

地線:要盡量保證地平面的完整性,地線盡量粗。

設(shè)計(jì)檢查及審核:P四設(shè)計(jì)完成后,使用工具自帶的檢查功能進(jìn)行間距及連接性檢查,保證間距和連接性無誤,最后自查并優(yōu)化后發(fā)給芯片提供商檢查設(shè)計(jì),重要模塊發(fā)給相應(yīng)的技術(shù)支持檢查,公司內(nèi)部也要按照標(biāo)準(zhǔn)流程逐項(xiàng)仔細(xì)審核。

樣板文件輸出及生產(chǎn):PCB設(shè)計(jì)完成后,還要制作制板說明文件,包含板厚、板材、表面處理方式、字符、阻焊、板子尺寸及是否拼板、數(shù)量、阻抗等等信息,一般也會(huì)有公司的標(biāo)準(zhǔn)格式,以便印制板廠生產(chǎn)。同時(shí)提供BOM文件、坐標(biāo)文件及絲印圖等給貼片工廠進(jìn)行樣板的貼裝和焊接。

五、樣板聯(lián)調(diào)及測(cè)試

1、樣板聯(lián)調(diào)

當(dāng)硬件原理圖設(shè)計(jì)好之后,將原理圖設(shè)計(jì)文檔提供給軟件人員,以便提前開始針對(duì)自己的硬件設(shè)計(jì)修改軟件。樣板貼裝完成后,交由軟件人員進(jìn)行最后的軟件開發(fā)工作,在此期間,配合軟件工作,進(jìn)行必須的硬件調(diào)試,直至客戶需求的所有功能全部打通后,由硬件工程師完成剩余的測(cè)試和確認(rèn)工作。

2、樣板測(cè)試

測(cè)試工作一般可分為功能測(cè)試、性能測(cè)試及調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及客戶確認(rèn)、第三方認(rèn)證測(cè)試。

以硬件需求確認(rèn)文檔為指導(dǎo)性文件,針對(duì)客戶提出的需求,硬件工程師對(duì)所有要求的功能和性能要求進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試和確認(rèn),對(duì)于不達(dá)標(biāo)的項(xiàng)目進(jìn)行軟硬件調(diào)試??蛻粑刺岢龅男阅苤笜?biāo),以國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和公司測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。

硬件工程師測(cè)試和調(diào)試完成后,提交給公司內(nèi)部測(cè)試,組做確認(rèn)測(cè)試,以確認(rèn)產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室是否達(dá)到所有標(biāo)準(zhǔn)要求。由于目標(biāo)市場(chǎng)環(huán)境可能存在的復(fù)雜性和特殊性,產(chǎn)品自測(cè)完成后,需要測(cè)試人員到目標(biāo)市場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地多地點(diǎn)測(cè)試。同時(shí)與客戶溝通,讓客戶對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行最終的確認(rèn)。根據(jù)根據(jù)客戶要求,需要第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)測(cè)試的,需要提供樣機(jī)交由第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)做認(rèn)證測(cè)試并給出認(rèn)證報(bào)告。

六、項(xiàng)目評(píng)審及結(jié)案

由項(xiàng)目經(jīng)理組織,參加人員包括公司技術(shù)總監(jiān)、商務(wù)人員、軟件主設(shè)計(jì)師、硬件主設(shè)計(jì)師、測(cè)試人員及相關(guān)資深技術(shù)人員等。以客戶提供的技術(shù)需求為指導(dǎo)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),公司內(nèi)部的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、審核標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),對(duì)項(xiàng)目的各種設(shè)計(jì)文檔、測(cè)試報(bào)告及客戶反饋進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的逐項(xiàng)審核,在保證產(chǎn)品完全滿足客戶需求的前提下,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性、合理性、標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性及性價(jià)比最優(yōu)化進(jìn)行評(píng)估和審核,確認(rèn)該項(xiàng)目是否達(dá)到要求可以結(jié)案,并由參加項(xiàng)目審核的相關(guān)人員逐一簽字確認(rèn)。

評(píng)判一個(gè)項(xiàng)目是否成功,不僅僅是看一個(gè)設(shè)計(jì)是否在技術(shù)上滿足了需求,還要看設(shè)計(jì)上是否合理,產(chǎn)品的質(zhì)量是否過關(guān),產(chǎn)品的成本是否控制得當(dāng),完成時(shí)間上是否滿足需要。這就需要高效的團(tuán)隊(duì)協(xié)作,細(xì)致的需求分析,準(zhǔn)確的方案選擇,合理的項(xiàng)目計(jì)劃,標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)文檔及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻?xiàng)目審核,而一個(gè)完善的硬件設(shè)計(jì)流程恰恰可以使這些得以良好的串聯(lián),也是一個(gè)好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的保障。

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