硬件制造需要注意的几个方面操作详解

不懂硬件的人，会觉得硬件高深莫测。

 

王小五

为什么他改几个电阻、电容就调出来，我弄个半天没搞定？

李小四

噢，靠的是经验。

但是经验又是什么呢？

不能形容，反正就是不明觉厉。

就是有这种崇拜心理，触发你的好奇心，要学下去，这也是成为工程师的首要条件，但这是远远不够，还需要一条可供参考的学习路线，再加上99%的汗水和1%的灵感才可以。

硬件设计，可以说是包罗万象，它涉及到非常庞大的知识量，而且，一个电路错一点小地方，都有可能导致整个系统不能工作，所以，搞硬件的人思维要非常缜密才可以，而这种思维要靠后面的学习来培养出来的，而不是说还没入门，就否定了自己。

可以看到，一个成功的硬件设计，主要功能的实现只是所有环节中的一小部分，而且基本来说，主要功能的实现主要是依靠芯片厂商提供的套片方案，一般来说为了降低风险，主要是参考套片方案的参考设计完成，芯片厂商也会提供包括器件封装，参考设计，仿真模型，PCB参考等等全部资料。

成本 Cost：

任何一个卖硬件产品的公司的主要盈利一般来说就是销售价格-COGS，而COGS90%取决于设计，剩下就是生产成本了，这个价格一般来说比较透明，代工厂也很多，竞争激烈。虽然说设计成本60%也取决于主要芯片的价格（这个主要要靠公司高层跟芯片厂商谈判的结果了，HW的作用有限，更多是系统工程师做决策用什么芯片能符合产品需求和软件功能需求），但是剩下的电阻，电容，电感，二极管，三极管，保护器件，接口器件，逻辑芯片，逻辑功能，小芯片，电源电路全都是HW做主了，当然有参考设计，不过一般来说参考设计为了更好体现芯片的良好性能，一般会选用比较贵的，性能更好的器件，这就要结合公司的器件库进行取舍了。我的经验是多看看公司的同类产品设计，看看大家主流是用什么器件，毕竟对于元器件来说，价格跟购买量有很大关系，不同的采购量导致的价格可能相差几倍。

信号完整性 Signal Interity：

主要影响两方面：EMC和时序Timing，不好的SI设计会有很强的过冲over/undershoot，尖峰Spike，这会造成对应频率N谐振频率的发射；不好的SI设计会导致High/low不稳定，或者上升时间/下降时间Rising Time/Falling Time占数据周期过长，或者时钟不稳定，都会导致在接收端采样Sample时出现误判断，实际上，接收端不会出错，出错的只是信号。 SI设计在原理图设计来说，主要从阻抗匹配（串行电阻）上来解决，辅以适当的退耦滤波电容；跟主要是在PCB上，一般来说PCB层数越多，SI会更好，当然这里要跟Cost 进行一个取舍了。

电源设计 Power Supply：

虽然一般大些的公司都有专门的电源设计工程师，不过对于HW来说，基本的Power设计能力还是很重要的，从道理上来说，任何电路都是一种电源，任何电路问题都可以归结于一种电源问题，只有对于电源电路理解深入了，才能对于电路板理解跟深入，尤其是对于模拟电路问题，才能想到用模拟电路来设计一些简单电路，而不是费力用逻辑电路来搭。

安规 Safety：

对于接口电路来说，主要成本都在与安规器件，这个接口究竟要抗多大的电压，电流打击？这就要好好考虑用什么器件了，fuse？ PTC？ TVS？高压电容？

电磁兼容 EMC/EMI：

主要是针对各个国家的相应规范（安规也是），对于各种可能产生辐射的信号都充分考虑好退耦，滤波，对于欧盟来说一般是EN55022/EN55024，对于美国一般是FCC Part 15， 欧盟和美国的辐射标准略有不同，欧盟的标准稍微严格一些。

功耗 Power Consumption：

现在都提倡环保，运营商也是，HW也必须考虑省电，比如用效率更高的电源电路，用PWM替代LDO，效率更高的转换拓扑。

散热 Thermal/Cooling：

芯片集成度越来越高，单芯片的功耗从几瓦到现在的几十瓦，散热就是一个大问题，而且伴随着接口的速率提高，接口芯片的功耗也在提高，造成整个系统就是：热！这就需要好好考虑散热问题，从PCB的布局，到散热片Heatsink的使用，到风扇的使用，都有很多考虑。

对于参考设计，我感觉最有用的地方主要是供电电路，退耦滤波电路以及Layout设计，至于总线连接，复位电路，时钟电路，接口电路等等，一般来说都需要根据公司器件库，设计案例以及业界主流器件/方案进行修改。所以千万不要迷信参考电路，那只是参考，过分迷信参考设计，自己还没搞清楚芯片具体功能/参数呢，就COPY过来，即使能够工作，肯定在成本方面，生产方面有很多问题。

另外，光能看懂电路图是不够的。

还要有动手能力：

1、先能照着“单元模块电路图”在面包板上搭建电路，使之能正常工作（看懂元器件PDF资料，了解元器件引脚排布和各个电气参数）；

2、紧接着能在万能电路板（洞洞板）上焊接一块电路，可以由几部分单元电路组成的那种（这里“布线”一定要多学学！对往下学很有用）；

3、在此基础上学习Protel等电路设计软件，能设计一整块的电路板PCB。学习电路一定要循序渐进，边理论边实践。