Návrhy hardwarových obvodů

Analýza požadavků na návrh hardwarových obvodů

Před zahájením jakéhokoli produktového projektu je zásadní analyzovat produkt, abyste určili jeho umístění a funkční rozdělení. Tato analýza pomáhá při upřesňování a klasifikaci požadavků, což vede k seznamu požadavků, který slouží jako základ pro návrh produktu a rozdělení úkolů.

Jakmile je seznam požadavků vyjasněn, musí se inženýři rozhodnout, které funkce budou implementovány v hardwaru a které v softwaru. Požadavky na implementaci hardwaru jsou pak dále upřesněny, aby se specifikovaly obvody, které budou tyto funkce implementovat.

Analýza a zdokonalování požadavků jsou ústředním bodem návrhu hardwarových obvodů, protože všechny hardwarové obvody jsou navrženy na základě těchto požadavků. Tato analýza objasňuje výběr hardwarových řešení a během tohoto procesu lze obvykle určit hardwarové řešení.

Výběr řešení hardwarových obvodů

Když více řešení může dosáhnout stejné funkce, je nutné srovnání a analýza těchto řešení:

• Porovnání cenových rozdílů řešení: To zahrnuje porovnání nákladů na materiál, nákladů na výzkum a vývoj, nákladů na použití doplňkových obvodů a nákladů na zpracování.
• Srovnání zralosti řešení: Volba mezi novými a vyspělými řešeními je zásadní, zvláště když jsou harmonogramy projektů napjaté.
• Porovnání výkonových výhod řešení: Pochopení, na které aspekty výkonu se zaměřit, je důležité pro zvýraznění výhod produktu a zaměření na klíčové ukazatele.
• Další podpůrné aspekty řešení: U řešení závislých na dodavatelích je třeba při výběru řešení zvážit spolupráci s dodavateli.

Výběr řešení významně ovlivňuje výkon a kvalitu produktu a je klíčovým aspektem návrhu hardwaru. U produktů s novými funkcemi může výběr produktových řešení odkazovat na prototypy podobných produktů na trhu, což šetří čas a pomáhá přesněji najít odpovídající vyspělá řešení.

Schéma návrhu hardwarového obvodu

Schéma návrhu hardwarového obvodu organizuje logiku obvodu. Prostřednictvím tohoto schématu lze podrobně analyzovat logiku produktu, tok signálu a funkční propojení desek.

U složitých projektů je zásadní schéma schématu. Umožňuje kontrolu chybějících funkcí produktu, správný tok signálu a přesný logický výběr. Kromě toho pokládá základy pro schematický návrh a zajišťuje jasné porozumění během procesu návrhu.

Zásadní je také návrh napájecího stromu, neviditelné schéma v obvodu. Mnoho problémů vzniká z nedostatečných konstrukčních rezerv napájecího zdroje, což vede k abnormálnímu napájení. Porozumění požadavkům na napájení každého modulu, jejich shrnutí a navržení jako celku je zásadní.

Schéma a návrh plošných spojů hardwarových obvodů

Schematický návrh je základem a klíčem celého návrhu hardwarového produktu. Aby byla zajištěna správnost návrhu schématu, měly by být zajištěny následující body:

• Standardizace schematického výkresu: Při kreslení symbolů pro nová zařízení by se měly kreslit podle aplikačního obvodu a nedoporučuje se je uspořádat podle sekvencí PIN. Při kreslení se doporučuje klasifikovat moduly v symbolu, aby byl při kreslení schématu jasný tok signálu.
• Standardizace schematického pojmenování sítí: Schematické pojmenování signálové sítě je třeba standardizovat. Například napájecí modul indikuje napájecí napětí a řídicí signál ukazuje směr toku signálu.
• Vlastní kontrola a vzájemná kontrola schémat: Po dokončení schématu nejprve zkontrolujte:
  • Zkontrolujte připojení k síti, abyste zjistili, zda existují jednobodové sítě, úniky sítě atd.
  • Zda návrhová rezerva obvodu splňuje požadavky na návrh, například zda proudové napětí rezistorů, kondenzátorů a induktorů splňuje podmínky.
  • Zkontrolujte specifikaci návrhu, tedy zda je pojmenování sítě standardizované a zda je správně označen směr toku signálu.
  • Zkontrolujte některé základní chyby, jako jsou chyby síťového připojení, chybějící připojení, chybějící součásti atd.
  • Schematická vzájemná kontrola: Požádejte ostatní inženýry o pomoc při kontrole, protože myšlení každého je omezené a prostřednictvím jiných můžete najít problémy, které sami nenajdete, a také můžete najít své vlastní kognitivní chyby.

Správnost schématu závisí především na navrhovateli a navrhovatel je také odpovědnou osobou. Zde je dobrá zkušenost, myslím si, že schéma opakuji. Často je možné najít mnoho chyb nebo nestandardních návrhů, které nelze jinak najít, pokud si schéma prohlédnete více než třikrát. Číst knihu stokrát je její smysl, a to je stejný princip.

Sdílení zkušeností hardwarových obvodových inženýrů

Návrh desek plošných spojů (PCB) je fyzická realizace hardwarových obvodů a je nositelem hardwarových obvodů. Po výrobě a zpracování je deska plošných spojů (PCBA) nakonec sestavena s konstrukcí produktu. Mezi její konstrukční myšlenky a metody patří zejména:

• Návrh PCB vyžaduje pečlivou analýzu struktury
• Návrh PCB vyžaduje velký obraz

Ve většině případů se návrh PCB točí kolem jádra CPU a ve složitějších případech existují dvoujádra, přičemž jedno je hlavní jádro a druhé sekundární jádro. Ostatní obvody na desce lze nazvat periferním obvodem tohoto CPU. Existují periferní obvody pro zajištění minimálního systémového periferního obvodu CPU, periferní obvody pro rozšíření funkcí a periferní obvody pro vzájemnou komunikaci atd. Pouze pochopením tvarů obvodů, funkcí obvodů a hustoty směrování PCB mezi moduly můžete mít jasnou představu o rozložení PCB, čemuž říkám zobrazení velkého obrázku.

Mnoho inženýrů, kteří s návrhem desek plošných spojů teprve začínají, často nemají základní znalosti o distribuci obvodů plošných spojů, formách obvodů a celkovém rámci obvodů. Myslí si, že dokud budou všechny elektronické součástky umístěny na desce plošných spojů a propojeny linky, bude vše v pořádku. Je zřejmé, že tento způsob uvažování je nesprávný. U jednoduchých desek taková úprava nemusí způsobovat problémy.

U složitých desek s mnoha součástkami však tento přístup nakonec povede k problémům. Zjistíte, že bez dobrého celkového výhledu bude vedení plošného spoje zamotané, součástky, které je třeba umístit těsně, nelze z důvodu nepřiměřené prostorové vytíženosti umístit k sobě a nelze je umístit nakonec. To vede k problémům, jako je skořepina struktury, která není schopna pojmout komponenty PCB, což zase nutí hardwarového inženýra k vymazání obvodů.

Nebo lze součástky umístit do pláště, ale směrování nelze dokončit, takže je třeba obětovat pravidla směrování a původně tlusté čáry změnit na tenké čáry, což má za následek nedostatečný proud pro průchod PCB; nedostatečný rozestup mezi citlivými signálovými vedeními, což má za následek rušení signálů mezi signály; komponenty jsou příliš přeplněné, což má za následek rušení, sníženou automatizaci výrobních a zpracovatelských operací, potíže s údržbou a přepracováním a další problémy.

Různé elektrické parametry a hardwarové indikátory produktu nakonec nemohou splnit požadavky na design a náklady na výrobu a zpracování desky jsou mnohem vyšší než původní náklady.

Stručně řečeno, návrh desky plošných spojů vyžaduje uspořádání součástek a zapojení, které plně zohledňuje funkční požadavky, elektromagnetickou kompatibilitu, výrobu a zpracování atd., a také zohledňuje pozdější údržbu a modernizaci, aby obvod mohl být navržen tak, aby byl rozumný, snadno se vyráběl a zpracovával a snadno se opravoval a modernizoval.

Pro úplnější přehled výroby použijte tento článek spolu s rozvržením nadproudové ochrany a deskou plošných spojů s řízenou impedancí při kontrole požadavků na stohování, montáž nebo testování.