硬件開發(fā)
硬件設(shè)計流程
一個產(chǎn)品的開發(fā)過程是一件繁雜而又技術(shù)性很強的工作，而一個具備優(yōu)良性能、穩(wěn)定可靠的硬件平臺是公司產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)及保證。因此硬件設(shè)計工作的流程，應(yīng)該遵循一定的標準和規(guī)范，才能達到保證質(zhì)量的要求。本文著重闡述硬件設(shè)計的規(guī)范流程。主要包括以下內(nèi)容：硬件需求確認、硬件系統(tǒng)設(shè)計、原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、樣板聯(lián)調(diào)及測試、項目評審及結(jié)案。
一、硬件需求確認
在開發(fā)一個產(chǎn)品之前，首先要確認該產(chǎn)品的硬件需求。這些信息通常客戶會提供一個很詳細的文檔，由公司的商務(wù)部門將需求轉(zhuǎn)達給開發(fā)部門。了解用戶需求非常重要，因為后續(xù)的產(chǎn)品方案選擇、開發(fā)計劃、產(chǎn)品檢驗標準等信息都來自于此。這些信息包括：產(chǎn)品應(yīng)用的目標市場；需要滿足的所有功能和性能標準；產(chǎn)品的外觀尺寸及模具、配件；產(chǎn)品需求時間。
二、硬件系統(tǒng)設(shè)計
硬件系統(tǒng)設(shè)計，包括整體解決方案的選擇；產(chǎn)品模具外觀的確認；項目計劃制定。根據(jù)客戶需求，如CPU的處理能力、存儲容量及速度，功能及接口要求等信息選定合適的整體解決方案。并完成關(guān)鍵功能模塊的設(shè)計方案選擇，關(guān)鍵器件的選擇及技術(shù)資料、技術(shù)渠道及技術(shù)支持，要充分考慮到技術(shù)可行性、可靠性及成本控制。關(guān)鍵器件的選型要遵循以下幾個原則：
統(tǒng)一性：關(guān)鍵功能模塊器件，在滿足功能及性能要求的情況下，盡量選擇公司內(nèi)部其它方案使用過的模塊器件，并盡量保證外圍電路的統(tǒng)一。
通用性：盡量選擇P in t o p in兼容種類比較多的元器件，以及在市場上被廣泛應(yīng)用和驗證過的芯片，盡量避免選擇冷門偏門芯片，以降低設(shè)計風(fēng)險。
高性價比：同樣是滿足需求的情況下，盡量選擇低成本的元器件。
方便采購：盡量選擇方便采購，交貨期短，并且沒有停產(chǎn)計劃的器件。模具的選擇和設(shè)計應(yīng)盡量從使用者角度出發(fā)，美觀、耐用、安全、散熱、成本等都是需要考慮的問題。這個工作需要由硬件工程師、結(jié)構(gòu)工程師與美術(shù)工程師共同配合完成。一個切合實際且嚴謹?shù)捻椖坑媱?，是一個產(chǎn)品開發(fā)在時間和效率上的保障。項目計劃既要考慮到可能出現(xiàn)的各種不確定因素，合理安排各階段的時間進度，也要保證項目人員在開發(fā)過程中的工作效率，確保產(chǎn)品開發(fā)在客戶要求的時間內(nèi)，提前保質(zhì)保量的完成。
三、原理圖設(shè)計
原理圖的設(shè)計是保證一個產(chǎn)品硬件邏輯上正確的根本。如果原理圖設(shè)計有問題，輕則導(dǎo)致產(chǎn)品部分功能模塊性能變差或者失效，重則導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至無法工作。原理圖設(shè)計要注意的事項大概歸納如下：
原理圖繪制時，盡量采用本公司標準元器件庫封裝，通用的功能模塊設(shè)計盡量采用公司統(tǒng)一方案，標準化的原理圖設(shè)計更便于管理和審核，便于采購和生產(chǎn)控制。
原理圖設(shè)計的一般規(guī)則：根據(jù)目標市場，確定原理圖對需要保護部分電路的防護等級。
電源系統(tǒng)：設(shè)計之初要詳細分析板內(nèi)各路電源需求的電流大小，精度要求，紋波控制，上電時序等。電源設(shè)計要有充足余量，否則容易造成電源芯片發(fā)熱量過大，電源模塊輸出能力不夠，系統(tǒng)不能正常運行等問題，還要注意數(shù)字電源和模擬電源的分離。
成本控制：一般來說，設(shè)計上冗余越大系統(tǒng)會越可靠，但成本也會越高；反之冗余越小成本會越低但可靠性也越差。第一版原理圖可以預(yù)留較高的設(shè)計冗余，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時做一些兼容設(shè)計，以便后續(xù)調(diào)試過程中的降成本測試，最后達到一個最合適的冗余度，使產(chǎn)品性價比最優(yōu)化。
審核：原理圖設(shè)計完成后，需要發(fā)給芯片提供商審核，關(guān)鍵模塊部分發(fā)給芯片商技術(shù)支持審核，公司內(nèi)部也要組織嚴格的審核，特別是對新加的功能模塊，仔細審核論證，以保證原理圖的正確性。
編寫設(shè)計文檔：跟軟件調(diào)試相關(guān)的1 0口連接方式，控制狀態(tài)要求，連接總線設(shè)備地址等，方便后續(xù)軟件調(diào)試。
BOM制作：導(dǎo)出元器件列表，按照公司BOM標準格式制作BOM清單，標明每種器件的編碼、類型、詳細描述、精度等級、封裝尺寸、裝配方式、單機用量、位號。完成后提交樣板計劃數(shù)量給相關(guān)人員核對庫存，缺料提交請購。這部分工作應(yīng)該提前進行，以免后續(xù)因為物料到貨時間影響開發(fā)周期。
四、PCB設(shè)計
原理圖完成后，導(dǎo)出網(wǎng)表，同步到P CB文件。PC B的封裝還是盡量采用公司標準封裝，新器件封裝要仔細閱讀芯片手冊。開始PCB繪制前，首先要保證所有元器件封裝的正確性。
1、PCB設(shè)計的一般步驟和注意事項
根據(jù)選定的模具，確認主板尺寸，跟模具組裝相關(guān)的所有接插件位置、高度限制、禁放器件區(qū)域等。
布局：布局的首要原則是保證布線的布通率，把某種功能模塊的器件盡量擺放在一起，但是芯片之間的互連要注意哪些器件應(yīng)該靠近哪個芯片放置；數(shù)字器件和模擬器件要分開，盡量遠離；熱敏器件遠離發(fā)熱器件放置；定位孔附近不要擺放器件和走線；去耦電容盡量靠近器件的V c C；擺放器件時要考慮后續(xù)調(diào)試和焊接，不要太密集；要考慮整板的美觀。
2、布線的一般規(guī)則
時鐘線及高速信號線：時鐘線和高速信號線一般也容易是電磁輻射的干擾源，布線應(yīng)特別注意。一般分為單端和差分。單端線一般要盡量短，地層或參考層盡量完整以減小回路，包地完整并多打地孔；差分線要求地層或參考層完整，等長等距。有阻抗要求的要計算好線寬線距，減少輻射。
重要信號線：注意包地處理、地層完整及阻抗控制。
電源線：根據(jù)各路電源電流大小的評估，可以設(shè)定各路電源走線的粗細，一般電源線盡量粗，電流越大，電源走線越粗。
地線：要盡量保證地平面的完整性，地線盡量粗。
設(shè)計檢查及審核：P四設(shè)計完成后，使用工具自帶的檢查功能進行間距及連接性檢查，保證間距和連接性無誤，最后自查并優(yōu)化后發(fā)給芯片提供商檢查設(shè)計，重要模塊發(fā)給相應(yīng)的技術(shù)支持檢查，公司內(nèi)部也要按照標準流程逐項仔細審核。
樣板文件輸出及生產(chǎn)：PCB設(shè)計完成后，還要制作制板說明文件，包含板厚、板材、表面處理方式、字符、阻焊、板子尺寸及是否拼板、數(shù)量、阻抗等等信息，一般也會有公司的標準格式，以便印制板廠生產(chǎn)。同時提供BOM文件、坐標文件及絲印圖等給貼片工廠進行樣板的貼裝和焊接。
五、樣板聯(lián)調(diào)及測試
1、樣板聯(lián)調(diào)
當硬件原理圖設(shè)計好之后，將原理圖設(shè)計文檔提供給軟件人員，以便提前開始針對自己的硬件設(shè)計修改軟件。樣板貼裝完成后，交由軟件人員進行最后的軟件開發(fā)工作，在此期間，配合軟件工作，進行必須的硬件調(diào)試，直至客戶需求的所有功能全部打通后，由硬件工程師完成剩余的測試和確認工作。
2、樣板測試
測試工作一般可分為功能測試、性能測試及調(diào)試、現(xiàn)場測試及客戶確認、第三方認證測試。
以硬件需求確認文檔為指導(dǎo)性文件，針對客戶提出的需求，硬件工程師對所有要求的功能和性能要求進行詳細的測試和確認，對于不達標的項目進行軟硬件調(diào)試?？蛻粑刺岢龅男阅苤笜?，以國家相關(guān)標準和公司測試標準為依據(jù)。
硬件工程師測試和調(diào)試完成后，提交給公司內(nèi)部測試，組做確認測試，以確認產(chǎn)品在實驗室是否達到所有標準要求。由于目標市場環(huán)境可能存在的復(fù)雜性和特殊性，產(chǎn)品自測完成后，需要測試人員到目標市場現(xiàn)場進行實地多地點測試。同時與客戶溝通，讓客戶對產(chǎn)品進行最終的確認。根據(jù)根據(jù)客戶要求，需要第三方認證機構(gòu)測試的，需要提供樣機交由第三方認證機構(gòu)做認證測試并給出認證報告。
六、項目評審及結(jié)案
由項目經(jīng)理組織，參加人員包括公司技術(shù)總監(jiān)、商務(wù)人員、軟件主設(shè)計師、硬件主設(shè)計師、測試人員及相關(guān)資深技術(shù)人員等。以客戶提供的技術(shù)需求為指導(dǎo)性評估標準，公司內(nèi)部的各種設(shè)計標準、測試標準、審核標準為依據(jù)，對項目的各種設(shè)計文檔、測試報告及客戶反饋進行嚴謹細致的逐項審核，在保證產(chǎn)品完全滿足客戶需求的前提下，對產(chǎn)品設(shè)計的正確性、合理性、標準性、可靠性及性價比最優(yōu)化進行評估和審核，確認該項目是否達到要求可以結(jié)案，并由參加項目審核的相關(guān)人員逐一簽字確認。
評判一個項目是否成功，不僅僅是看一個設(shè)計是否在技術(shù)上滿足了需求，還要看設(shè)計上是否合理，產(chǎn)品的質(zhì)量是否過關(guān)，產(chǎn)品的成本是否控制得當，完成時間上是否滿足需要。這就需要高效的團隊協(xié)作，細致的需求分析，準確的方案選擇，合理的項目計劃，標準化的設(shè)計文檔及嚴謹?shù)捻椖繉徍?，而一個完善的硬件設(shè)計流程恰恰可以使這些得以良好的串聯(lián)，也是一個好的產(chǎn)品設(shè)計的保障。
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