Ideen für das Hardware-Schaltungsdesign

Analyse der Anforderungen an das Hardware-Schaltungsdesign

Bevor ein Produktprojekt initiiert wird, ist es wichtig, das Produkt zu analysieren, um seine Positionierung und funktionale Unterteilung zu bestimmen. Diese Analyse hilft bei der Verfeinerung und Klassifizierung der Anforderungen und führt zu einer Anforderungsliste, die als Grundlage für das Produktdesign und die Aufgabenteilung dient.

Sobald die Anforderungsliste geklärt ist, müssen Ingenieure entscheiden, welche Funktionen in Hardware und welche in Software implementiert werden. Anschließend werden die Hardware-Implementierungsanforderungen weiter verfeinert, um die Schaltkreise zu spezifizieren, die diese Funktionen implementieren.

Die Anforderungsanalyse und -verfeinerung ist für den Entwurf von Hardwareschaltungen von zentraler Bedeutung, da alle Hardwareschaltungen auf der Grundlage dieser Anforderungen entworfen werden. Diese Analyse klärt die Auswahl der Hardwarelösungen und im Rahmen dieses Prozesses kann typischerweise die Hardwarelösung ermittelt werden.

Auswahl der Hardware-Schaltungslösung

Wenn mehrere Lösungen dieselbe Funktion erfüllen können, ist ein Vergleich und eine Analyse dieser Lösungen erforderlich:

• Kostenunterschiedsvergleich von Lösungen: Dabei werden Materialkosten, F&E-Kosten, Kosten für den Einsatz komplementärer Schaltkreise und Verarbeitungskosten verglichen.
• Reifegradvergleich von Lösungen: Die Wahl zwischen neuen und ausgereiften Lösungen ist entscheidend, insbesondere wenn die Projektzeitpläne knapp sind.
• Leistungsvorteile im Vergleich von Lösungen: Es ist wichtig zu verstehen, auf welche Leistungsaspekte man sich konzentrieren sollte, um die Vorteile des Produkts hervorzuheben und sich auf Schlüsselindikatoren zu konzentrieren.
• Weitere Supportaspekte der Lösung: Bei lieferantenabhängigen Lösungen sollte bei der Lösungsauswahl eine Zusammenarbeit mit Lieferanten in Betracht gezogen werden.

Die Auswahl der Lösung hat erheblichen Einfluss auf die Leistung und Qualität des Produkts und ist ein wichtiger Aspekt des Hardware-Designs. Bei Produkten mit neuen Funktionen kann die Auswahl von Produktlösungen auf Prototypen ähnlicher Produkte auf dem Markt zurückgreifen, was Zeit spart und dazu beiträgt, entsprechende ausgereifte Lösungen genauer zu finden.

Schematische Darstellung des Hardware-Schaltungsentwurfs

Der Hardware-Schaltkreisentwurfsplan organisiert die Logik der Schaltung. Anhand dieses Schaltplans können die Logik des Produkts, der Signalfluss und die Verbindungen der Funktionsplatine im Detail analysiert werden.

Bei komplexen Projekten ist der schematische Entwurf entscheidend. Es ermöglicht die Überprüfung auf fehlende Produktfunktionen, den korrekten Signalfluss und eine genaue logische Auswahl. Darüber hinaus werden die Grundlagen für den schematischen Entwurf gelegt und ein klares Verständnis während des Entwurfsprozesses gewährleistet.

Wesentlich ist auch das Power-Tree-Design, ein unsichtbarer Schaltplan in der Schaltung. Viele Probleme entstehen durch unzureichende Designspielräume der Stromversorgung, was zu einer abnormalen Stromversorgung führt. Es ist von entscheidender Bedeutung, den Leistungsbedarf jedes Moduls zu verstehen, ihn zusammenzufassen und als Ganzes zu entwerfen.

Schaltplan- und PCB-Design von Hardware-Schaltungen

Das schematische Design ist die Grundlage und der Schlüssel des gesamten Hardware-Produktdesigns. Um die Korrektheit des Schaltplanentwurfs sicherzustellen, sollten folgende Punkte sichergestellt werden:

• Standardisierung der schematischen Zeichnung: Beim Zeichnen von Symbolen für neue Geräte sollten diese entsprechend der Anwendungsschaltung gezeichnet werden und es wird nicht empfohlen, sie entsprechend der PIN-Sequenz anzuordnen. Es wird empfohlen, die Module im Symbol beim Zeichnen zu klassifizieren, damit der Signalfluss beim Zeichnen des Schaltplans klar erkennbar ist.
• Standardisierung der schematischen Netzwerkbenennung: Die schematische Benennung von Signalnetzwerken muss standardisiert werden. Beispielsweise zeigt das Leistungsmodul die Versorgungsspannung an und das Steuersignal gibt die Richtung des Signalflusses an.
• Selbstkontrolle und gegenseitige Überprüfung der Schaltpläne: Nachdem Sie den Schaltplan fertiggestellt haben, führen Sie zunächst einen Selbsttest durch:
  • Überprüfen Sie die Netzwerkkonnektivität, um festzustellen, ob Single-Point-Netzwerke, Netzwerklecks usw. vorliegen.
  • Ob der Spielraum des Schaltungsdesigns den Designanforderungen entspricht, z. B. ob die stromführende Spannung von Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten die Bedingungen erfüllt.
  • Überprüfen Sie die Designspezifikation, d. h. ob die Netzwerkbenennung standardisiert ist und ob die Signalflussrichtung korrekt gekennzeichnet ist.
  • Suchen Sie nach einigen grundlegenden Fehlern, z. B. Netzwerkverbindungsfehlern, fehlenden Verbindungen, fehlenden Komponenten usw.
  • Schematische gegenseitige Überprüfung: Bitten Sie andere Ingenieure um Hilfe bei der Überprüfung, da das Denken jedes Einzelnen begrenzt ist und Sie durch andere Probleme finden können, die Sie selbst nicht finden können, und Sie können auch Ihre eigenen kognitiven Fehler finden.

Die Richtigkeit des Schaltplans hängt hauptsächlich vom Verfasser ab, und der Verfasser ist auch die verantwortliche Partei. Hier ist meiner Meinung nach eine gute Erfahrung, den Schaltplan wiederholt durchzusehen. Es ist oft möglich, viele Fehler oder nicht standardmäßige Designs zu finden, die sonst nicht entdeckt werden könnten, wenn man den Schaltplan mehr als dreimal überprüft. Ein Buch hundertmal zu lesen ist seine Bedeutung, und das ist das gleiche Prinzip.

Erfahrungsaustausch für Hardware-Schaltkreisingenieure

PCB-Design ist die physische Realisierung von Hardware-Schaltkreisen und ist der Träger von Hardware-Schaltkreisen. Nach der Produktion und Verarbeitung PCBA wird schließlich mit der Produktstruktur zusammengebaut. Zu seinen Designideen und -methoden gehören hauptsächlich:

• Das PCB-Design erfordert eine sorgfältige Analyse der Struktur
• Beim PCB-Design ist ein Gesamtüberblick erforderlich

In den meisten Fällen dreht sich das PCB-Design um einen CPU-Kern, und in komplexeren Fällen gibt es zwei Kerne, wobei einer der Hauptkern und der andere der sekundäre Kern ist. Die anderen Schaltkreise auf der Platine können als Peripherieschaltkreise dieser CPU bezeichnet werden. Es gibt Peripherieschaltkreise, um den minimalen Systemperipherieschaltkreis der CPU sicherzustellen, Peripherieschaltkreise zur Funktionserweiterung und Peripherieschaltkreise für die gegenseitige Kommunikation usw. Nur wenn Sie die Schaltkreisformen, Schaltkreisfunktionen und die Dichte der Leiterplattenführung zwischen Modulen verstehen, können Sie dies tun ein klares Verständnis des PCB-Layouts haben, was ich als Gesamtbild bezeichne.

Viele Ingenieure, die gerade erst mit dem PCB-Design beginnen, verfügen häufig nicht über ein grundlegendes Verständnis der Verteilung von PCB-Schaltungen, der Schaltungsformen und des gesamten Schaltungsrahmens. Sie glauben, dass alles in Ordnung sein wird, solange alle elektronischen Komponenten auf der Platine platziert und die Leitungen verbunden sind. Offensichtlich ist diese Art des Denkens falsch. Bei einfachen Platten dürfte eine solche Behandlung keine Probleme bereiten.

Bei komplexen Platinen mit vielen Komponenten führt dieser Ansatz jedoch irgendwann zu Problemen. Sie werden feststellen, dass ohne eine gute Gesamtübersicht die Leiterplattenführung durcheinander geraten wird, Komponenten, die eng platziert werden müssen, aufgrund unangemessener Platzausnutzung nicht zusammen platziert werden können und am Ende nicht platziert werden können. Dies führt zum Beispiel dazu, dass die Strukturhülle die PCB-Komponenten nicht aufnehmen kann, was wiederum den Hardware-Ingenieur dazu zwingt, Schaltkreise zu löschen.

Oder es können Komponenten im Gehäuse platziert werden, aber das Routing kann nicht abgeschlossen werden, sodass die Routing-Regeln geopfert werden müssen und die ursprünglich dicken Leitungen in dünne Leitungen geändert werden müssen, was zu einem unzureichenden Strom für den Durchgang der Leiterplatte führt; unzureichender Abstand zwischen empfindlichen Signalleitungen, was zu Signalinterferenzen zwischen Signalen führt; Die Anzahl der Komponenten ist zu groß, was zu Störungen, einer verringerten Automatisierung von Produktions- und Verarbeitungsvorgängen, Schwierigkeiten bei der Wartung und Nacharbeit und anderen Problemen führt.

Letztendlich können verschiedene elektrische Parameter und Hardwareindikatoren des Produkts die Designanforderungen nicht erfüllen und die Produktions- und Verarbeitungskosten der Platine sind viel höher als die ursprünglichen Kosten.

Kurz gesagt, die PCB-Design erfordert eine Anordnung der Komponenten und Verkabelung, die die funktionalen Anforderungen, die elektromagnetische Verträglichkeit, die Produktion und Verarbeitung usw. vollständig berücksichtigt und auch die spätere Wartung und Aufrüstung berücksichtigt, damit die Schaltung sinnvoll, einfach herzustellen und zu verarbeiten ist und einfach zu reparieren und aufzurüsten.

Für eine ausführlichere Produktionsbesprechung verwenden Sie bitte diesen Artikel zusammen mit Überstromschutz-Layout und Leiterplatte mit kontrollierter Impedanz bei der Überprüfung von Stapelaufbau-, Montage- oder Testanforderungen.