硬件电路设计规范

硬件电路板设计规范

制定此《规范》的目的与出发点就是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风与严肃、认真的工作态度,增强硬件开发人员的责任感与使命感,提高工作效率与开发成功率,保证产品质量。

1、深入理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块与性能指标要求;

2、根据功能与性能需求制定总体设计方案,对CPU等主芯片进行选型,CPU 选型有以下几点要求:

1) 容易采购,性价比高;

2) 容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多;

3) 可扩展性好;

3、针对已经选定的CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计。

一般CPU生产商或她们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不就是产品级的东西,也应该就是经过严格验证的,否则也会影响到她们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU本身的管脚连接使用方法也绝对就是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读CPU芯片手册与勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也就是可以信赖的;但要注意一点,

现在很多CPU都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计;

4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型,元器件选型应该遵守以下原则:

1) 普遍性原则:所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片,减少风险;

2) 高性价比原则:在功能、性能、使用率都相近的情况下,尽量选择价格比较好的元器件,减少成本;

3) 采购方便原则:尽量选择容易买到,供货周期短的元器件;

4) 持续发展原则:尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件;

5) 可替代原则:尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件;

6) 向上兼容原则:尽量选择以前老产品用过的元器件;

7) 资源节约原则:尽量用上元器件的全部功能与管脚;

5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改,修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计,如果找到的参考设计连接方法都就是完全一样的,那么基本可以放心参照设计,但即使只有一个参考设计与其她的不一样,也不能简单地少数服从多数,而就是要细读芯片数据手册,深入理解那些管脚含义,多方讨论,联系芯片厂技术支持,最终确定科学、正确的连接方式,如果仍有疑义,可以做兼容设计;当然,如果所采用的成功参考设计已经就是确定

正确无误的,则不一定要找全3个参考设计。这就是整个原理图设计过程中最关键的部分,我们必须做到以下几点:

1) 对于每个功能模块要尽量找到更多的成功参考设计,越难的应该越多,成功参考设计就是“前人”的经验与财富,我们理当借鉴吸收。

2) 要多向权威请教、学习,但不能迷信权威,因为人人都有认知误差,很难保证对哪怕就是最了解的事物总能做出最科学的理解与判断,开发人员一定要在广泛调查、学习与讨论的基础上做出最科学正确的决定;

3) 如果就是参考已有的老产品设计,设计中要留意老产品有哪些遗留问题,这些遗留问题与硬件哪些功能模块相关,在设计这些相关模块时要更加注意推敲,不能机械照抄原来设计。

6、硬件原理图设计还应该遵守一些基本原则,这些基本原则要贯彻到整个设计过程,虽然成功的参考设计中也体现了这些原则,但因为我们可能就是“拼”

出来的原理图,所以我们还就是要随时根据这些原则来设计审查我们的原理图,

这些原则包括:

1) 数字电源与模拟电源分割;

2) 数字地与模拟地分割,单点接地,数字地可以直接接机壳地(大地),机壳必须接大地;

3) 保证系统各模块资源不能冲突,例如:同一I2C总线上的设备地址不能相同,等等;

4) 阅读系统中所有芯片的手册(一般就是设计参考手册),瞧它们的未用输入管脚就是否需要做外部处理(比如上拉,下拉等),如果需要一定要做相应处理,否则可能引起芯片内部振荡,导致芯片不能正常工作;

5) 在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便,或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计,这点需要硬件设计人员与软件开发人员多次讨论,并最终获得软件开发人员认可。

6) 功耗问题。需要了解每颗IC的最大功耗,保证电源设计中的功耗需求,避免产品出来后电源无法驱动电路。

7) 产品散热问题,可以在功耗与发热较大的芯片增加散热片或风扇,产品机箱也要考虑这个问题,不能把机箱做成保温盒;还要考虑产品的安放位置,最好就是放在空间比较大,空气流动畅通的位置,有利于热量散发出去;

8) 开关电源要降低纹波可以从下面两点着手:

a)滤波电容。滤波电容的ESR(等效串联电阻)与ESL(等效串联电感)就是非常重要的参数,越低越好,仅追求容量就是远远不够的,当然在满足足够低的ESR 与ESL的前提下,容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R类电容与钽电解的组合,纹波稍放宽可用Y5V电容与瘦高外观的铝电解(低ESL型)配合。

b)PCB设计。开关电源的PCB设计非常重要,开关电源芯片的取样及滤波回路的设计非常讲究,PCB分布参数会导致调整误差或滤波效率变差,严重时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生)。原则就是取样回路与滤波回路要尽量贴近开关电源IC,PCB走线不可太长、太细。

c)为了避开后面电路的影响,先调试电源电路。可以通过低阻值大功率电阻将开关电源输出接入板内。有时会选用磁珠,但就是磁珠受功率影响,不建议采用,除非在满足最大电流要求下又需要少许滤波功能时可采用。

7、网表校对。原理图设计好后,要进行网表校对,包括对原理图中每个元器件的最终型号选定,封装确认,管脚连接的正确性复查。元件的型号要具有唯一性,方便采购员采购,避免出现采购回来的元器件不就是所需要的元件;不可出现不

同位号上同一种元器件,不同的封装。譬如:C1,C2位号上都就是0805封装10uF、6、3V的电容,但就是在原理图里面却就是C1为0805,而C2为1206;

8、硬件原理图设计完成之后,设计人员应该按照以上步骤与要求首先进行自审,自审后要达到有95%以上把握与信心,然后再提交她人审核,其她审核人员同样按照以上要求对原理图进行严格审查,如发现问题要及时进行讨论分析,分析

解决过程同样遵循以上原则、步骤;

9、原理图审核通过后,开始进行PCB设计。

1) pcb封装库的建立。根据原理图中导出的网表,进行库的建立,封装要完全与原理中一致(包括管脚序号定义,尺寸大小,方向标识等信息)

2) pcb布局。布局很重要,要充分考虑好外部接口的位置,元件之间的相邻疏远关系。好的布局不仅美观,而且方便布线,可降低干扰。

3) 布线。要充分了解每个信号线的特性,从而采用合适的线宽线距,拓扑结构。比如电源信号线需要根据功耗加大布线面积;差分信号对需要并行走线并等长;地址线组,数据线组需要等长;时钟线上尽量不要有过孔等等。拓扑结构就是

否合理可直接影响着产品的成功与否,一般,在几MHz低速情况下,我们采用菊花链式的拓扑结构,而在高速情况下则采用星型对称结构。

10、只要开发与审核人员都能够严格按以上要求进行电路设计与审查,我们就有理由相信,所有硬件开发人员设计出的电路板一版成功率都会很高的,所以提

出以下几点:

1) 设计人员自身应该保证原理图的正确性与可靠性,要做到设计即就是审核,严格自审,不要把希望寄托在审核人员身上,设计出现的任何问题应由设计人员

自己承担,其她审核人员不负连带责任;

2)普通原理图设计,包括老产品升级修改,原则上要求原理图一版成功,最多两版封板;

3)对于功能复杂,疑点较多的全新设计,原则上要求原理图两版内成功,最多三版封板;

4)原理图封板标准为:电路板没有任何原理性飞线与其她处理点;