Trent丨硬件設(shè)計(jì)與檢查

硬件開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性的過程，無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的硬件工程師還是熱衷于動(dòng)手的電子愛好者，都會(huì)經(jīng)歷相似的步驟來將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品。對于專業(yè)工程師而言，深入掌握開發(fā)流程能夠確保項(xiàng)目的高效推進(jìn)，減少錯(cuò)誤和返工，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力。而對于電子愛好者來說，了解整個(gè)流程有助于他們更全面地理解硬件工作的原理，更好地實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意和想法，同時(shí)提升他們在實(shí)踐中的技能水平和解決問題的能力。

本文主要介紹相對簡潔的硬件開發(fā)流程，讓大家能直觀的了解產(chǎn)品是怎樣開發(fā)的，需要著重注意什么。

如上魚骨圖，先進(jìn)行需求分析，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，再進(jìn)行測試驗(yàn)證，最后再進(jìn)行制作。硬件測試主要考量原理圖設(shè)計(jì)是否合理，系統(tǒng)測試能看出是否完全滿足了需求的功能。接下來將拆分每一個(gè)步驟進(jìn)行介紹。

1、需求分析

重要性

需求分析是整個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，無論后續(xù)的制作多么的神乎其神，如果沒有符合用戶需求，那一切都是無用功。

如何分析

市場調(diào)研

定義調(diào)研目標(biāo)：明確產(chǎn)品需求分析的目的，例如了解市場競爭情況、研究用戶需求等。

收集數(shù)據(jù)：采用多種途徑收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括市場報(bào)告、行業(yè)數(shù)據(jù)、專家訪談、用戶調(diào)研等。

分析數(shù)據(jù)：對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，發(fā)現(xiàn)市場趨勢、行業(yè)痛點(diǎn)和用戶需求。

需求定義

定義產(chǎn)品范圍：明確產(chǎn)品的定位和功能，確定產(chǎn)品開發(fā)的范圍和目標(biāo)。

寫需求文檔：撰寫需求文檔，包括產(chǎn)品描述、用戶場景、功能需求、非功能需求等。

需求評審：組織相關(guān)人員對需求文檔進(jìn)行評審和討論，確保需求的準(zhǔn)確性和完整性。

需求分解

功能分解：將產(chǎn)品需求按照不同的功能模塊進(jìn)行拆解和歸類。

任務(wù)分解：將功能拆解為具體的任務(wù)和子任務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)分配和優(yōu)先級排序。

技術(shù)評估：評估各項(xiàng)任務(wù)對技術(shù)實(shí)現(xiàn)的要求和挑戰(zhàn)，確定可行性和優(yōu)化方案。

需求優(yōu)先級排序：根據(jù)市場需求和用戶價(jià)值，為各項(xiàng)需求確定優(yōu)先級，確定首要解決的需求。

2、原理圖設(shè)計(jì)

使用checklist

當(dāng)我們選定好芯片后，首先需要充分了解芯片

用checklist可以帶來很多幫助，電路設(shè)計(jì)涉及許多細(xì)節(jié)，包括電路設(shè)計(jì)的基本原理、元件選型、布線規(guī)則等。一個(gè)詳細(xì)的checklist可以幫助設(shè)計(jì)師確保每一步都已經(jīng)被仔細(xì)檢查和測試，沒有遺漏任何關(guān)鍵步驟，并且設(shè)計(jì)師可以更快地識別和糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，而不是在后期發(fā)現(xiàn)問題再返回修改，這樣可以大大提高工作效率。

checklist通常包含行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以確保電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量，同時(shí)可以識別并預(yù)防一些可能的EMC問題、過熱問題等。而如果是團(tuán)隊(duì)協(xié)作設(shè)計(jì)，使用統(tǒng)一的checklist可以確保所有成員都遵循相同的設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)，從而提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作的效率和設(shè)計(jì)的一致性。

部分檢查項(xiàng)目

3、Layout

定義：Layout，也稱為PCB布局，是指在PCB上合理地?cái)[放和安排電子元件，以及設(shè)計(jì)這些元件之間的連線，以確保電路的功能和性能得以實(shí)現(xiàn)。

步驟

明確硬件總體需求：了解電路板的尺寸、元件數(shù)量、接口類型等要求。

繪制原理圖和單板功能框圖：根據(jù)需求繪制電路原理圖，并劃分功能模塊。

確定板框大小：在PCB設(shè)計(jì)軟件中設(shè)定板框大小，以限制布線區(qū)域。

元器件布局：根據(jù)“先大后小，先難后易”的原則，優(yōu)先布局重要的單元電路和核心元器件。同時(shí)，要參考原理框圖，根據(jù)主信號流向規(guī)律安排主要元器件。布局應(yīng)便于調(diào)試和維修，小元件周圍不應(yīng)放置大元件，需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。

布線：在元器件布局完成后，進(jìn)行布線設(shè)計(jì)。布線應(yīng)遵循以下原則：總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短；高電壓、大電流信號與小電流、低電壓的弱信號完全分開；模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開。此外，去耦電容的布局應(yīng)盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。

電氣規(guī)則檢查（ERC）：在布線完成后，進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，以確保電路設(shè)計(jì)符合電氣規(guī)則，避免潛在的錯(cuò)誤。

4、測試

明確測試方向

首先確定硬件的穩(wěn)定性、性能、功能的完整性等方面的測試目標(biāo)。再界定測試的具體內(nèi)容，如功能測試、性能測試、兼容性測試等。

其次是分析硬件的功能需求，確保測試能覆蓋所有功能點(diǎn)。確定硬件的性能要求，如響應(yīng)時(shí)間、傳輸速率，最后再對硬件可靠性進(jìn)行測試，確定測試的目標(biāo)和相關(guān)指標(biāo)。

測試方式

1、依照設(shè)計(jì)流程，執(zhí)行自我檢查步驟。

2、利用自己或公司以往總結(jié)的核查清單，對常見的問題進(jìn)行篩查。

3、對照參考設(shè)計(jì)圖和官方提供的核查項(xiàng)目，開展有針對性的問題查找。

4、完成上述步驟后，通過其他人共同進(jìn)行評估，作為最終的全面檢查環(huán)節(jié)。

在這里給大家推薦一個(gè)硬件干貨視頻大家可以看看，基于工作實(shí)際應(yīng)用，從器件手冊開始講解，詳細(xì)講解工作中各類器件的參數(shù)，實(shí)際設(shè)計(jì)要點(diǎn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例。內(nèi)容非常豐富 干貨多。

B站視頻鏈接：https://www.bilibili.com/video/BV13a411u7sM/

關(guān)注我一起學(xué)習(xí)更多嵌入式知識