在开发新电子产品时最常见的错误你知道哪些

这是来自SparkFun上的一篇文章，作者 HAILEYASAURUS，在此也附上英文的原文地址，供大家阅读。

当开发和销售一个新的电子硬件产品时，经常会由于一些错误，浪费了你大量的资金，延误了上市的时间。本文分享了一些在开发新电子产品时最常见的错误，包括电子产品设计的技术错误和塑料外壳设计的可制造性方面的错误；以及一些初次开发和创业的人经常犯的更普遍的产品开发错误。

1. 没有为“制造”而设计

人们往往会低估开发一种新的物理产品的复杂性，他们更低估了制造它的复杂性。对于许多产品来说，启动生产和运行所需的时间几乎与开发产品所需的时间一样久，有时甚至更久。为制造设置的成本也可能与所有开发成本一样高，甚至更高。在整个产品设计过程中，可制造性是首要考虑因素。这个过程被称为“可制造性设计”（Design-For-Manufacturing， DFM）。没有什么比设计一款无法有效生产的产品更能阻碍你进入市场。

旧的思维方式是，工程师开发出产品，然后把它交给制造商（或大公司的制造部门），后者会想出如何实际生产它，工程和制造业之间几乎没有互动。但这是一种可怕的开发产品的方式，这就是为什么成功的公司都放弃了这个过程。开发一款产品时最好从一开始就考虑到生产。例如，一个简单的设计更改可能会对使产品更容易、更快地生产产生巨大的影响。对于大多数产品来说，两个主要的可制造性要求是电子器件设计为可测试性、外壳设计为注塑成型。

2. 不正确的无线电路设计

如果产品具有任何无线功能，则任何射频部分的PCB布局都是非常关键的。不幸的是，错误的次数多于正确的次数，所以请仔细观察。例如，为了在收发机（发射机/接收机）和天线之间实现最大功率传输，它们的阻抗必须匹配。这意味着需要做两件事。

首先，必须有一条合适的传输线连接天线和收发器，这种传输线是在PCB上制作的，专门用于传输微波（高频无线电波）。在PCB设计中有两种常见的传输线： 微带和共面波导。微带是一种导电带，由介电层与它下面的接地面隔开。共面波导与微带相似，不同之处在于它在同一层上，在导电带的旁边增加了另一个接地面。

在这两种形式中，共面波导是最常用的。在大多数情况下，传输线需要设计为50欧姆阻抗，以让天线达到最大的传输功率。不要把这个阻抗规格与线路的简单电阻混淆。50欧姆阻抗是指传输线到周围接地面的复阻抗。传输线的尺寸可以采用一些免费的工具来计算。

除了使用50欧姆的传输线外，通常还需要添加某些类型的LC匹配电路，如pi网络。这允许微调天线阻抗的最佳匹配和最大的功率传输。

避免这些复杂性以及降低产品认证成本的最佳方法之一，是为任何无线功能使用预先认证的模块。

对于大多数无线功能，有两种通用的设计策略： 使用适当的微芯片自定义构建自己的电路，或使用具有已验证功能的预先认证的模块。设计您自己的无线射频电路是非常复杂的。事实上，为了让你的设计达到“适当”，它可能是最复杂的电路类型。老实说，很有可能做得不对。你需要多次原型迭代才能得到正确的结果。定制设计的另一个缺点是，它将增加至少1万美元的FCC认证成本。使用模块可能会降低你的利润率，但最大化利润率绝不应该是你的首要任务。

是的，你需要事先了解，一旦你大规模生产，你的利润率是多少。但刚开始时，你的首要任务应该是降低市场成本，而不是最大化利润。晚些时候才会获利。

苏老师：在无线设计中最好使用现成的、已经经过认证的无线模块，比如乐新的ESP32系列的WiFi/BLE模块等，能帮助你大大缩短产品上市的时间。

3 。等待太久才估算制造成本

这是一个大问题。成功的科技公司总是在开始全面开发之前就知道产品的生产成本。否则，他们怎么知道产品值得开发？

如果你不是一家市值10亿美元的科技公司，那么你很有可能首先让你的产品得到完整的设计。一旦你有了最终的原型，你就准备开始制造了，然后你就会最终估计产品的制造成本。但是，如果你发现你的产品的生产成本比你预期的要高，会发生什么呢？ 你可以提高销售价格目标，但这显然会产生负面影响。

你们还可以重新设计以降低制造成本。但如果一开始就设计好它不是更有意义吗？ 出于可以理解的原因，很多人认为你必须完全开发一个产品，才能准确计算制造成本。那绝对不是真的。有了正确的经验，就有可能准确估计任何产品的制造成本。这可能发生在任何PCB布局或3D建模之前。

4. 高电流PCB痕迹宽度不足

如果一个PCB走线将有超过大约500毫安的电流流过它，那么最小宽度允许的走线可能是不够的。PCB走线所需的宽度取决于几个因素，包括走线的厚度（铜的重量），以及走线是在内部还是表面层上。对于相同的厚度，在相同的宽度下，外层走线可以携带比内部层走线更多的电流，因为外部走线有更好的空气流动，允许更好的散热。

厚度取决于有多少铜被用于导电层。大多数PCB制造商允许您从0.5 oz/sq.ft到大约2.5 oz/sq.ft之间的铜重选择。如果您愿意，您可以将铜重量转换为厚度测量，如密耳（mils）。当计算PCB导线的载流能力时，必须指定该导线的允许温升。一般来说，10摄氏度的升温是一个安全的选择，但如果你需要挤压更多的走线宽度，你可以使用20摄氏度或更高的允许升温。虽然走线宽度的计算相当简单，但我通常建议使用走线宽度计算器。

苏老师：PCB布线中的几要素之一：电源线足够的承载能力，就像运输线路生的车道，在KiCad设计中有计算器可以计算线宽

5. 没有设计审核

如果你在制作原型前没有得到独立的设计评估，那你可能就是在浪费钱。不管工程师有多优秀，没有人是完美的，所有的工程师都会犯错。制作定制的原型（无论是电子电路板还是产品外壳）并不便宜。你需要的原型迭代越多，总成本就越高。开发和将产品推向市场也需要更长的时间。

减少原型迭代次数的最佳方法之一是获得其他人的意见，即设计审查。成功的科技公司总是要求他们的工程师进行设计评审，以寻求尽可能多的其他工程师的反馈。不幸的是，许多创业者、初创公司和小公司都错误地完全跳过了这一关键步骤。如果你有足够的技能自己审查设计，那就没问题。但如果你有这些技能，你可能只需要自己完成设计。

6. 不正确使用去耦电容器

关键部件需要一个干净、稳定的电压源。在这方面，去耦电容被放置在电源轨道上。然而，为了使去耦电容器工作得最好，它们必须尽可能接近需要稳定电压的引脚。来自电源的电源线需要合适的布线，以便在到达需要稳定电压的引脚之前先得到电容的去耦。

另外，将电源稳压器的输出电容尽可能地靠近稳压器的输出管脚也是至关重要的。这对于优化稳定性是必要的（所有的调节器使用一个反馈回路，如果没有适当的稳定就会发生振荡），它还能改善瞬态响应。

7. 产品外壳不可制造

你已经花费了所有的时间和金钱来让你的产品外壳的设计看起来恰到好处。对你来说，它就像一件艺术品，这需要一大堆3d打印的原型来完善它的外观和功能。你终于有了完美的原型！ 现在你只需要找到一个制造商来批量生产它们，你就可以开始了。对吧？ 如果我告诉你，你的外壳设计是无用的，你需要重新做整个事情，你会怎么做？ 这听起来很可怕，但这是很常见的事情。

3D打印是非常宽容的。你可以设计和打印任何你想象的东西。但3D打印只能用于生产一些原型。高压注射成型是一种用于大批量生产塑料零件的技术。不幸的是，注射成型一点也不宽容。这是一项有许多必须严格遵循的设计规则的技术。这些规则可能是如此重要、如此有限，以至于需要重新设计，只是为了使外壳可制造。在设计产品外壳时，一定要从一开始就考虑注塑的要求。

8. 错误的PCB封装

所有的PCB设计软件工具都包含了常用的电子元器件库，这些库包括原理图的符号和PCB的封装模式。只要您坚持使用这些库中的元器件，一切都是好的。当您使用不在包含的库中的元器件时，问题就开始了。这意味着工程师必须手动绘制原理图符号和PCB封装。

在画封装时很容易出错。例如，如果你画的针脚间距偏差哪怕一毫米的几分之一，也有可能导致这个元器件无法焊接。避免这个错误的一个最简单的办法就是以1:1的比例打印PCB的布局，然后将事先购买的所有的元器件（主要是芯片和连接器）的样品，手动放置在打印出来的PCB布局图上。这可以让你非常迅速地验证所有的封装是否正确。

苏老师：越来越多的网络渠道可以获得经过验证的元器件库，比如开源的项目、原厂提供的下载链接、三大元器件库平台提供的库资源，利用好这些资源会有效提升自己的设计效率，并降低设计风险。

9 。 PCB设计不可制造或太昂贵

过孔是PCB上的一个导电孔，用来连接来自不同层的信号。最常见的过孔类型是通孔，因为它贯穿电路板的所有层。这意味着，即使你只想连接从层1到层2的走线，所有其它层也将通过这个通孔。这可能会导致板的尺寸增加，因为通孔减少了甚至不使用通孔的层上的走线空间。另一方面，“盲孔”连接外部层和内部层，而埋入的“埋孔”连接两个内部层。然而，“盲孔”和“埋孔”对于它们可以用于连接的层有非常严格的限制。

我们太容易使用那些无法实际制造（或制作原型）的盲孔或埋孔了。要理解埋孔和盲孔的局限性，您必须了解PCB是如何叠层的。需要注意的是，即使你正确地使用它们，盲孔/埋孔也会大大增加原型板的成本。很多时候，它们的使用将使你的电路板成本增加一倍，尽管一旦你达到更高的产量，这种成本增加将不那么显著。在几乎所有情况下，最好避免使用埋入式和盲孔，除非您必须设计非常小的PCB。

10. 开关稳压器PCB布局不正确

开关稳压器通过临时存储能量，然后以受控的方式将其释放到输出，从而将一种电源电压转换为另一种电压。所使用的储能元件是电感器和电容器。与更简单的线性稳压器相比，开关稳压器的效率较高、能源浪费较低。然而，开关稳压器的使用则要复杂得多，使用开关稳压器的最大复杂性是正确设计它们的PCB布局。

你不能随机地把元器件摆放，然后把它们随意地连接起来。使用开关稳压器需要遵守严格的布局规则。幸运的是，几乎所有的开关稳压器的数据手册里都包括一个讨论正确布局的部分，并给出一个如何正确进行布局、布线的例子。

结论

上面只列了10条，其实有更多值得注意的地方。 最好的办法是在你真正接触到任何潜在的陷阱之前就知道它们。这样你可以完全避免它们，或者至少在它们发生的时候做好更好的准备。

希望本文能帮助您消除这些潜在的错误。然而，避免这类错误的最好方法是与专家合作。最好从一开始就请一些必要的专家来指导你，这样你就可以在陷入困境之前避免这些错误。至少，在投入大量资金进行原型或生产之前，你需要找到独立的专家来审查你的设计。

编辑：jq