電子電路硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)心得

1、.：.； HYPERLINK 硬件工程設(shè)計(jì)心得 1 充分了解各方的設(shè)計(jì)需求，確定適宜的處理方案 啟動(dòng)一個(gè)硬件開發(fā)工程，原始的推進(jìn)力會(huì)于很多方面，比如市場的需求，基于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的需求，運(yùn)用軟件部門的功能實(shí)現(xiàn)需求，提高系統(tǒng)某方面才干的需求等等，所以作為一個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，要自動(dòng)的去了解各個(gè)方面的需求，并且綜合起來，提出最適宜的硬件處理方案。比如A工程的原始推進(jìn)力于公司內(nèi)部的一個(gè)高層軟件小組，他們在實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)原有的處置器板IP轉(zhuǎn)發(fā)才干不能滿足要求，從而對于系統(tǒng)的配置和運(yùn)用都會(huì)呵斥很大的不便，所以他們提出了對新硬件的需求。根據(jù)這個(gè)目的，硬件方案中就針對性的選用了兩個(gè)高性能網(wǎng)絡(luò)處置器，然后還需求深

2、化的和軟件設(shè)計(jì)者交流，以確定內(nèi)存大小，內(nèi)部構(gòu)造，對外接口和調(diào)試接口的數(shù)量及類型等等細(xì)節(jié)，比如軟件人員喜歡將控制信令通路和數(shù)據(jù)通路完全分開來，這樣在確定內(nèi)部數(shù)據(jù)走向的時(shí)候要慎重思索。工程開場之初是需求召開很多的討論會(huì)議的，應(yīng)該盡量約請一切相關(guān)部門來參與，益處有三個(gè)，第一可以充分了解大家的需求，以免在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上脫漏重要的功能，第二是可以讓各個(gè)部門了解這個(gè)工程的情況，提早做好時(shí)間和人員上協(xié)作的預(yù)備，第三是從感情方面講，在設(shè)計(jì)之初各個(gè)部門就參與了進(jìn)來，這個(gè)項(xiàng)目就變成了大家共同的一個(gè)心血結(jié)晶，會(huì)得到大家的呵護(hù)和良好協(xié)作，對完成任務(wù)是很有協(xié)助 的。 2 原理圖設(shè)計(jì)中要留意的問題 原理圖設(shè)計(jì)中要有“拿來主義

3、，如今的芯片廠家普通都可以提供參考設(shè)計(jì)的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分了解參考設(shè)計(jì)的根底上，做一些本人的發(fā)揚(yáng)。當(dāng)主要的芯片選定以后，最關(guān)鍵的外圍設(shè)計(jì)包括了電源，時(shí)鐘和芯片間的互連。 電源是保證硬件系統(tǒng)正常任務(wù)的根底，設(shè)計(jì)中要詳細(xì)的分析：系統(tǒng)可以提供的電源輸入；單板需求產(chǎn)生的電源輸出；各個(gè)電源需求提供的電流大??；電源電路效率；各個(gè)電源可以允許的動(dòng)搖范圍；整個(gè)電源系統(tǒng)需求的上電順序等等。比如A工程中的網(wǎng)絡(luò)處置器需求1.25V作為中心電壓，要求精度在5%- 3%之間，電流需求12A左右，根據(jù)這些要求，設(shè)計(jì)中采用5V的電源輸入，利用Linear的開關(guān)電源控制器和IR的MOSFET搭建了適宜的

4、電源供應(yīng)電路，精度要求決議了輸出電容的ESR選擇，并且為防止電流過大呵斥的電壓跌落，參與了遠(yuǎn)端反響的功能。 時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)要思索到目的電路的抖動(dòng)等要求，A工程中用到了GE的PHY器件，剛開場的時(shí)候運(yùn)用一個(gè)內(nèi)部帶鎖相環(huán)的零延時(shí)時(shí)鐘分配芯片提供100MHz時(shí)鐘，結(jié)果GE鏈路上出現(xiàn)了丟包，后來換成簡單的時(shí)鐘Buffer器件就處理了丟包問題，分析起來就是內(nèi)部的鎖相環(huán)引入了抖動(dòng)。 芯片之間的互連要保證數(shù)據(jù)的無誤傳輸，在這方面，高速的差分信號線具有速率高，好布線，信號完好性好等特點(diǎn)，A工程中的多芯片間互連均采用了高速差分信號線，在調(diào)試和測試中沒有出現(xiàn)問題。 3 PCB設(shè)計(jì)中要留意的問題 PCB設(shè)計(jì)中要做到

5、目的明確，對于重要的信號線要非常嚴(yán)厲的要求布線的長度和處置地環(huán)路，而對于低速和不重要的信號線就可以放在稍低的布線優(yōu)先級上。重要的部分包括：電源的分割；內(nèi)存的時(shí)鐘線，控制線和數(shù)據(jù)線的長度要求；高速差分線的布線等等。 A工程中運(yùn)用內(nèi)存芯片實(shí)現(xiàn)了1G大小的DDR memory，針對這個(gè)部分的布線是非常關(guān)鍵的，要思索到控制線和地址線的拓?fù)浞植?，?shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的長度差別控制等方面，在實(shí)現(xiàn)的過程中，根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊和實(shí)踐的任務(wù)頻率可以得出詳細(xì)的布線規(guī)那么要求，比好像一組內(nèi)的數(shù)據(jù)線長度相差不能超越多少個(gè)mil，每個(gè)通路之間的長度相差不能超越多少個(gè)mil等等。當(dāng)這些要求確定后就可以明確要求PCB設(shè)計(jì)人員來實(shí)

6、現(xiàn)了，假設(shè)設(shè)計(jì)中一切的重要布線要求都明確了，可以轉(zhuǎn)換成整體的布線約束，利用CAD中的自動(dòng)布線工具軟件來實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)，這也是在高速PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)開展趨勢。 4 檢查和調(diào)試 當(dāng)預(yù)備調(diào)試一塊板的時(shí)候，一定要先仔細(xì)的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中能否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查能否有元器件型號放置錯(cuò)誤，第一腳放置錯(cuò)誤，漏裝配等問題，然后用萬用表丈量各個(gè)電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個(gè)好習(xí)慣可以防止貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐漸的排除能夠的緣由，要堅(jiān)信“凡事都是有方法處理的和“問題出現(xiàn)一定有它的緣由，這樣最后一定能

7、調(diào)試勝利。 5 一些總結(jié)的話 如今從技術(shù)的角度來說，每個(gè)設(shè)計(jì)最終都可以做出來，但是一個(gè)工程的勝利與否，不僅僅取決于技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，還與完成的時(shí)間，產(chǎn)品的質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)的配合親密相關(guān)，所以良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，透明坦誠的工程溝通，精細(xì)縝密的研發(fā)安排，充裕的物料和人員安排，這樣才干保證一個(gè)工程的勝利。 一個(gè)好的硬件工程師實(shí)踐上就是一個(gè)工程經(jīng)理，他/她需求從外界交流獲取對本人設(shè)計(jì)的需求，然后匯總，分析成具體的硬件實(shí)現(xiàn)。還要跟眾多的芯片和方案供應(yīng)商聯(lián)絡(luò)，從中挑選出適宜的方案，當(dāng)原理圖完成后，他/她要組織同事來進(jìn)展配合評審和檢查，還要和CAD工程師一同任務(wù)來完成PCB的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，還要預(yù)備好BOM清單，開場采購

8、和預(yù)備物料，聯(lián)絡(luò)加工廠家完成板的貼裝。在調(diào)試的過程中他/她要組織好軟件工程師來一同攻關(guān)調(diào)試，配合測試工程師一同處理測試中發(fā)現(xiàn)的問題，等到產(chǎn)品推出到現(xiàn)場，假設(shè)出現(xiàn)問題，還需求做到及時(shí)的支持。所以做一個(gè)硬件設(shè)計(jì)人員要鍛煉出良好的溝通才干，面對壓力的調(diào)理才干，同一時(shí)間處置多個(gè)事務(wù)的協(xié)調(diào)和決斷才干和良好平和的心態(tài)等等。 還有細(xì)心和仔細(xì)，由于硬件設(shè)計(jì)上的一個(gè)小忽略往往就會(huì)呵斥非常大的經(jīng)濟(jì)損失，比如以前碰到一塊板在PCB設(shè)計(jì)完備出制造文件的時(shí)候誤操作呵斥了電源層和地層連在了一同，PCB板制造終了后又沒有檢查直接上消費(fèi)線貼裝，到測試的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)短路問題，但是元器件曾經(jīng)都焊接到板上了，結(jié)果呵斥了幾十萬的損失。

9、所以細(xì)心和仔細(xì)的檢查，擔(dān)任任的測試，不懈的學(xué)習(xí)和積累，才干使得一個(gè)硬件設(shè)計(jì)人員繼續(xù)不斷的提高，而后術(shù)業(yè)有所小成。 相關(guān)文章： 如何設(shè)計(jì)一個(gè)適宜的電源 對于如今一個(gè)電子系統(tǒng)來說，電源部分的設(shè)計(jì)也越來越重要，我想經(jīng)過和大家討論一些本人關(guān)于電源設(shè)計(jì)的心得，來個(gè)拋磚引玉，讓我們在電源設(shè)計(jì)方面可以都有所深化和出息。 Q1：如何來評價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的電源需求 Answer：對于一個(gè)實(shí)踐的電子系統(tǒng)，要仔細(xì)的分析它的電源需求。不僅僅是關(guān)懷輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細(xì)思索總的功耗，電源實(shí)現(xiàn)的效率，電源部分對負(fù)載變化的瞬態(tài)呼應(yīng)才干，關(guān)鍵器件對電源動(dòng)搖的容忍范圍以及相應(yīng)的允許的電源紋波，還有散熱問題等等。功耗和效率

10、是親密相關(guān)的，效率高了，在負(fù)載功耗一樣的情況下總功耗就少，對于整個(gè)系統(tǒng)的功率預(yù)算就非常有利了，對比LDO和開關(guān)電源，開關(guān)電源的效率要高一些。同時(shí)，評價(jià)效率不僅僅是看在滿負(fù)載的時(shí)候電源電路的效率，還要關(guān)注輕負(fù)載的時(shí)候效率程度。 至于負(fù)載瞬態(tài)呼應(yīng)才干，對于一些高性能的CPU運(yùn)用就會(huì)有嚴(yán)厲的要求，由于當(dāng)CPU忽然開場運(yùn)轉(zhuǎn)繁重的義務(wù)時(shí)，需要的啟動(dòng)電流是很大的，假設(shè)電源電路呼應(yīng)速度不夠，呵斥瞬間電壓下降過多過低，呵斥CPU運(yùn)轉(zhuǎn)出錯(cuò)。 普通來說，要求的電源實(shí)踐值多為標(biāo)稱值的5%，所以可以據(jù)此計(jì)算出允許的電源紋波，當(dāng)然要預(yù)留余量的。 散熱問題對于那些大電流電源和LDO來說比較重要，經(jīng)過計(jì)算也是可以評價(jià)能否適

11、宜的。 Q2：如何選擇適宜的電源實(shí)現(xiàn)電路 Answer：根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的詳細(xì)技術(shù)目的，可以來選擇適宜的電源實(shí)現(xiàn)電路了。普通對于弱電部分，包括了LDO線性電源轉(zhuǎn)換器，開關(guān)電源電容降壓轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下，LDO設(shè)計(jì)最易實(shí)現(xiàn)，輸出紋波小，但缺陷是效率有能夠不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開關(guān)電源不大等等。而開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)靈敏，效率高，但紋波大，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，調(diào)試比較煩瑣等等。 Q3：如何為開關(guān)電源電路選擇適宜的元器件和參數(shù) Answer：很多的未運(yùn)用過開關(guān)電源設(shè)計(jì)的工程師會(huì)對它產(chǎn)生一定的畏懼心思，比如擔(dān)憂開關(guān)電源的干擾問題，PCB layout問題，元器件的參數(shù)和類型選

12、擇問題等。其實(shí)只需了解了，運(yùn)用一個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)還是非常方便的。 一個(gè)開關(guān)電源普通包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會(huì)將MOSFET集成到芯片中去，這樣運(yùn)用就更簡單了，也簡化了PCB設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)的靈敏性就減少了一些。 開關(guān)控制器根本上就是一個(gè)閉環(huán)的反響控制系統(tǒng)，所以普通都會(huì)有一個(gè)反響輸出電壓的采樣電路以及反響環(huán)的控制電路。因此這部分的設(shè)計(jì)在于保證準(zhǔn)確的采樣電路，還有來控制反響深度，由于假設(shè)反響環(huán)呼應(yīng)過慢的話，對瞬態(tài)呼應(yīng)才干是會(huì)有很多影響的。 而輸出部分設(shè)計(jì)包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET等等，這些的選擇根本上就是要滿足一個(gè)性能和本錢的平衡，比如高的開關(guān)頻率就可以運(yùn)用小的電感值

13、意味著小的封裝和廉價(jià)的本錢，但是高的開關(guān)頻率會(huì)添加干擾和對MOSFET的開關(guān)損耗，從而效率降低。運(yùn)用低的開關(guān)頻率帶來的結(jié)果那么是相反的。 對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的，小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容本錢會(huì)增加，好的電容會(huì)貴嘛。開關(guān)電源控制器驅(qū)動(dòng)才干也要留意，過多的MOSFET是不能被良好驅(qū)動(dòng)的。 普通來說，開關(guān)電源控制器的供應(yīng)商會(huì)提供詳細(xì)的計(jì)算公式和運(yùn)用方案供工程師自創(chuàng)的。 Q4：如何調(diào)試開關(guān)電源電路 Answer：有一些閱歷可以共享給大家 1: 電源電路的輸出輸出經(jīng)過低阻值大功率電阻接到板內(nèi)，這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調(diào)試，避

14、開后面電路的影響。 2: 普通來說開關(guān)控制器是閉環(huán)系統(tǒng)，假設(shè)輸出惡化的情況超越了閉環(huán)可以控制的范圍，開關(guān)電源就會(huì)任務(wù)不正常，所以這種情況就需求仔細(xì)檢查反響和采樣電路。特別是假設(shè)采用了大ESR值的輸出電容，會(huì)產(chǎn)生很多的電源紋波，這也會(huì)影響開關(guān)電源的任務(wù)的。 接地技術(shù)的討論 Q1：為什么要接地? Answer：接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的維護(hù)性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流經(jīng)過避雷針引入到大地，從而起到維護(hù)建筑物的作用。同時(shí)，接地也是維護(hù)人身平安的一種有效手段，當(dāng)某種緣由引起的相線如電線絕緣不良，線路老化等和設(shè)備外殼碰觸時(shí)，設(shè)備的外殼就會(huì)有危險(xiǎn)電壓產(chǎn)生，由此生成的缺

15、點(diǎn)電流就會(huì)流經(jīng)PE線到大地，從而起到維護(hù)作用。隨著電子通訊和其它數(shù)字領(lǐng)域的開展，在接地系統(tǒng)中只思索防雷和平安已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求了。比如在通訊系統(tǒng)中，大量設(shè)備之間信號的互連要求各設(shè)備都要有一個(gè)基準(zhǔn)地作為信號的參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設(shè)計(jì)中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必需給予特別關(guān)注，否那么，接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。最近，高速信號的信號回流技術(shù)中也引入了“地的概念。 Q2：接地的定義 Answer: 在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說，該術(shù)語的含義通常是線路電壓的參考點(diǎn)；對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，它經(jīng)常是機(jī)柜或機(jī)架；對電氣工程師來說，它是

16、綠色平安地線或接到大地的意思。一個(gè)比較通用的定義是“接地是電流前往其源的低阻抗通道。留意要求是低阻抗和“通路。 Q3：常見的接地符號 Answer: PE,PGND,FG維護(hù)地或機(jī)殼；BGND或DC-RETURN直流48V(+24V)電源電池回流；GND任務(wù)地；DGND數(shù)字地；AGND模擬地；LGND防雷維護(hù)地 Q4：適宜的接地方式 Answer: 接地有多種方式，有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。普通來說，單點(diǎn)接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地域分，以及低頻f10MHz電路時(shí)就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板完好的地平面層。 Q5：信號回流和跨

17、分割的引見 Answer：對于一個(gè)電子信號來說，它需求尋覓一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處置這個(gè)信號回流就變得非常的關(guān)鍵。 第一，根據(jù)公式可以知道，輻射強(qiáng)度是和回路面積成正比的，就是說回流需求走的途徑越長，構(gòu)成的環(huán)越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時(shí)候要盡能夠減小電源回路和信號回路面積。 第二，對于一個(gè)高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量，這是由于PCB上傳輸線的特性阻抗普通是以地層或電源層為參考來計(jì)算的，假設(shè)高速線附近有延續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能堅(jiān)持延續(xù)，假設(shè)有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會(huì)發(fā)生變化，不延續(xù)的阻抗從而會(huì)影響到信號的完好性。

18、所以，布線的時(shí)候要把高速線分配到接近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。 第三，為什么說布線的時(shí)候盡量不要跨電源分割，這也是由于信號跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會(huì)很長了，容易遭到干擾。當(dāng)然，不是嚴(yán)厲要求不能跨越電源分割，對于低速的信號是可以的，由于產(chǎn)生的干擾相比信號可以不予關(guān)懷。對于高速信號就要仔細(xì)檢查，盡量不要跨越，可以經(jīng)過調(diào)整電源部分的走線。這是針對多層板多個(gè)電源供應(yīng)情況說的 Q6：為什么要將模擬地和數(shù)字地分開，如何分開? Answer：模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地，由于數(shù)字信號變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會(huì)很大，而模擬信號是需求一個(gè)干凈的地參考任務(wù)的。假設(shè)模擬地和數(shù)字地混在一同，噪聲就