不懂硬件的人,會覺得硬件高深莫測。
王小五
李小四
噢,靠的是經驗。
但是經驗又是什么呢?
不能形容,反正就是不明覺厲。
就是有這種崇拜心理,觸發你的好奇心,要學下去,這也是成為工程師的首要條件,但這是遠遠不夠,還需要一條可供參考的學習路線,再加上99%的汗水和1%的靈感才可以。
硬件設計,可以說是包羅萬象,它涉及到非常龐大的知識量,而且,一個電路錯一點小地方,都有可能導致整個系統不能工作,所以,搞硬件的人思維要非常縝密才可以,而這種思維要靠后面的學習來培養出來的,而不是說還沒入門,就否定了自己。
可以看到,一個成功的硬件設計,主要功能的實現只是所有環節中的一小部分,而且基本來說,主要功能的實現主要是依靠芯片廠商提供的套片方案,一般來說為了降低風險,主要是參考套片方案的參考設計完成,芯片廠商也會提供包括器件封裝,參考設計,仿真模型,PCB參考等等全部資料。
成本 Cost:
任何一個賣硬件產品的公司的主要盈利一般來說就是銷售價格-COGS,而COGS90%取決于設計,剩下就是生產成本了,這個價格一般來說比較透明,代工廠也很多,競爭激烈。雖然說設計成本60%也取決于主要芯片的價格(這個主要要靠公司高層跟芯片廠商談判的結果了,HW的作用有限,更多是系統工程師做決策用什么芯片能符合產品需求和軟件功能需求),但是剩下的電阻,電容,電感,二極管,三極管,保護器件,接口器件,邏輯芯片,邏輯功能,小芯片,電源電路全都是HW做主了,當然有參考設計,不過一般來說參考設計為了更好體現芯片的良好性能,一般會選用比較貴的,性能更好的器件,這就要結合公司的器件庫進行取舍了。我的經驗是多看看公司的同類產品設計,看看大家主流是用什么器件,畢竟對于元器件來說,價格跟購買量有很大關系,不同的采購量導致的價格可能相差幾倍。
信號完整性 Signal Interity:
主要影響兩方面:EMC和時序Timing,不好的SI設計會有很強的過沖over/undershoot,尖峰Spike,這會造成對應頻率N諧振頻率的發射;不好的SI設計會導致High/low不穩定,或者上升時間/下降時間Rising Time/Falling Time占數據周期過長,或者時鐘不穩定,都會導致在接收端采樣Sample時出現誤判斷,實際上,接收端不會出錯,出錯的只是信號。 SI設計在原理圖設計來說,主要從阻抗匹配(串行電阻)上來解決,輔以適當的退耦濾波電容;跟主要是在PCB上,一般來說PCB層數越多,SI會更好,當然這里要跟Cost 進行一個取舍了。
電源設計 Power Supply:
雖然一般大些的公司都有專門的電源設計工程師,不過對于HW來說,基本的Power設計能力還是很重要的,從道理上來說,任何電路都是一種電源,任何電路問題都可以歸結于一種電源問題,只有對于電源電路理解深入了,才能對于電路板理解跟深入,尤其是對于模擬電路問題,才能想到用模擬電路來設計一些簡單電路,而不是費力用邏輯電路來搭。
安規 Safety:
對于接口電路來說,主要成本都在與安規器件,這個接口究竟要抗多大的電壓,電流打擊?這就要好好考慮用什么器件了,fuse? PTC? TVS?高壓電容?
電磁兼容 EMC/EMI:
主要是針對各個國家的相應規范(安規也是),對于各種可能產生輻射的信號都充分考慮好退耦,濾波,對于歐盟來說一般是EN55022/EN55024,對于美國一般是FCC Part 15, 歐盟和美國的輻射標準略有不同,歐盟的標準稍微嚴格一些。
功耗 Power Consumption:
現在都提倡環保,運營商也是,HW也必須考慮省電,比如用效率更高的電源電路,用PWM替代LDO,效率更高的轉換拓撲。
散熱 Thermal/Cooling:
芯片集成度越來越高,單芯片的功耗從幾瓦到現在的幾十瓦,散熱就是一個大問題,而且伴隨著接口的速率提高,接口芯片的功耗也在提高,造成整個系統就是:熱!這就需要好好考慮散熱問題,從PCB的布局,到散熱片Heatsink的使用,到風扇的使用,都有很多考慮。
對于參考設計,我感覺最有用的地方主要是供電電路,退耦濾波電路以及Layout設計,至于總線連接,復位電路,時鐘電路,接口電路等等,一般來說都需要根據公司器件庫,設計案例以及業界主流器件/方案進行修改。所以千萬不要迷信參考電路,那只是參考,過分迷信參考設計,自己還沒搞清楚芯片具體功能/參數呢,就COPY過來,即使能夠工作,肯定在成本方面,生產方面有很多問題。
另外,光能看懂電路圖是不夠的。
還要有動手能力:
1、先能照著“單元模塊電路圖”在面包板上搭建電路,使之能正常工作(看懂元器件PDF資料,了解元器件引腳排布和各個電氣參數);
2、緊接著能在萬能電路板(洞洞板)上焊接一塊電路,可以由幾部分單元電路組成的那種(這里“布線”一定要多學學!對往下學很有用);
3、在此基礎上學習Protel等電路設計軟件,能設計一整塊的電路板PCB。學習電路一定要循序漸進,邊理論邊實踐。
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原文標題:一個成功的硬件設計,是把所有環節做到極致!
文章出處:【微信號:HOLTEK_MCU,微信公眾號:至秦單片機】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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