ハードウェア回路設計のアイデア

ハードウェア回路設計要件の分析

製品プロジェクトを開始する前に、製品を分析してその位置付けと機能の細分化を決定することが重要です。この分析は要件を洗練して分類するのに役立ち、製品設計とタスク分割の基礎として機能する要件リストを作成します。

要件リストが明確になったら、エンジニアはどの機能をハードウェアに実装し、どの機能をソフトウェアに実装するかを決定する必要があります。その後、ハードウェア実装要件がさらに洗練されて、これらの機能を実装する回路が指定されます。

すべてのハードウェア回路はこれらの要件に基づいて設計されるため、要件の分析と改良はハードウェア回路設計の中心となります。この分析によりハードウェア ソリューションの選択が明確になり、通常はこのプロセス中にハードウェア ソリューションを決定できます。

ハードウェア回路ソリューションの選択

複数のソリューションが同じ機能を達成できる場合、これらのソリューションの比較と分析が必要です。

• ソリューションのコスト差比較：材料費、研究開発費、相補回路使用費、加工費などを比較します。
• ソリューションの成熟度の比較: 新しいソリューションと成熟したソリューションのどちらを選択するかは、特にプロジェクトのスケジュールが厳しい場合には重要です。
• ソリューションのパフォーマンス上の利点の比較: 製品の利点を強調し、主要な指標に焦点を当てるには、パフォーマンスのどの側面に焦点を当てるかを理解することが重要です。
• ソリューションのその他のサポート側面: サプライヤーに依存するソリューションの場合、ソリューションを選択する際にサプライヤーとの協力を考慮する必要があります。

ソリューションの選択は製品のパフォーマンスと品質に大きな影響を与え、ハードウェア設計の重要な側面です。新しい機能を備えた製品の場合、製品ソリューションを選択すると、市場にある同様の製品のプロトタイプを参照できるため、時間を節約し、対応する成熟したソリューションをより正確に見つけることができます。

ハードウェア回路設計図

ハードウェア回路設計図は、回路のロジックを編成します。この回路図を通じて、製品のロジック、信号の流れ、機能ボードの相互接続を詳細に分析できます。

複雑なプロジェクトの場合、回路図の設計は非常に重要です。これにより、欠落している製品機能のチェック、正しい信号の流れ、正確な論理選択が可能になります。さらに、回路図設計の基礎を築き、設計プロセス中の明確な理解を確実にします。

回路内の目に見えない回路図であるパワーツリーの設計も重要です。多くの問題は、電源の設計マージンが不十分なために発生し、電源の異常につながります。各モジュールの電力要件を理解し、それらを要約し、全体として設計することが重要です。

ハードウェア回路の回路図と PCB 設計

回路図設計は、ハードウェア製品設計全体の基礎であり、鍵となります。回路図設計の正確さを保証するには、次の点を確認する必要があります。

• 概略図の標準化: 新しいデバイスのシンボルを描画する場合は、アプリケーション回路に従って描画する必要があり、PIN シーケンスに従って配置することはお勧めできません。回路図を描くときに信号の流れが明確になるように、描画中にシンボル内のモジュールを分類することをお勧めします。
• スケマティック ネットワークの命名規則の標準化: 回路図の信号ネットワークの名前を標準化する必要があります。たとえば、パワーモジュールは電源電圧を示し、制御信号は信号の流れの方向を示します。
• 回路図の自己チェックと相互チェック: 回路図が完成したら、まずセルフチェックを行ってください。
  • ネットワーク接続をチェックして、シングルポイント ネットワークやネットワーク リークなどがないかどうかを確認します。
  • 回路設計マージンが、抵抗、コンデンサ、インダクタの通電電圧が条件を満たしているかなど、設計要件を満たしているか。
  • 設計仕様を確認してください。つまり、ネットワークの命名が標準化されているかどうか、信号の流れの方向が正しくマークされているかどうかを確認してください。
  • ネットワーク接続エラー、接続の欠落、コンポーネントの欠落などの基本的なエラーがないか確認します。
  • 回路図の相互チェック: 他のエンジニアにチェックの協力を求めます。全員の思考には限界があるため、他のエンジニアを通じて、自分では見つけられない問題を見つけたり、自分の認識上の間違いを見つけることもできます。

回路図の正しさは主に起草者に依存しており、起草者は責任者でもあります。ここで回路図を繰り返し見直すのが良い経験になると思います。多くの場合、回路図を 3 回以上レビューすることで、他の方法では発見できない多くのエラーや非標準設計を発見できることがあります。本を１００遍読んでも意味がある、これと同じ原理です。

ハードウェア回路エンジニアの経験の共有

PCB設計はハードウェア回路の物理的な実現であり、ハードウェア回路の担体です。製造・加工後、PCBAは最終的に製品構造に組み立てられます。その設計思想と方法は主に以下のとおりです。

• PCB 設計には構造の慎重な分析が必要です
• PCB 設計には全体像が必要です

ほとんどの場合、PCB 設計は CPU コアを中心に展開しますが、より複雑な場合には、1 つがメイン コア、もう 1 つがセカンダリ コアであるデュアル コアが存在します。ボード上のその他の回路は、この CPU の周辺回路と呼ぶことができます。 CPUの最低限のシステム周辺回路を確保するための周辺回路、機能拡張のための周辺回路、相互通信のための周辺回路などがあります。回路形態や回路機能、モジュール間の基板配線密度を理解することで初めて、 PCB レイアウトを明確に理解しており、これを私は全体像と呼んでいます。

PCB 設計を始めたばかりの多くのエンジニアは、PCB 回路の配置、回路形式、および全体的な回路フレームワークについての基本的な理解を持っていないことがよくあります。彼らは、すべての電子部品が PCB 基板上に配置され、ラインが接続されていれば、すべてがうまくいくと考えています。明らかに、この種の考え方は間違っています。単純な基板の場合、このような処理は問題にならない場合があります。

ただし、多くのコンポーネントを備えた複雑なボードの場合、このアプローチは最終的に問題を引き起こす可能性があります。全体像がしっかりしていないと、PCBの配線が絡まってしまったり、スペースを無駄に利用して密に配置する必要がある部品が一緒に配置できなかったり、最終的に配置できなかったりすることがわかります。これにより、構造シェルが PCB コンポーネントを収容できないなどの問題が発生し、ハードウェア エンジニアは回路の削除を余儀なくされます。

または、コンポーネントをシェル内に配置できますが、配線を完了できないため、配線ルールを犠牲にし、元々太い線を細い線に変更する必要があり、その結果、PCB を通過させるための電流が不十分になります。敏感な信号線間の間隔が不十分なため、信号間の信号干渉が発生します。コンポーネントが混雑しすぎているため、干渉が発生し、生産および処理操作の自動化が低下し、メンテナンスや再作業が困難になり、その他の問題が発生します。

最終的には、製品のさまざまな電気パラメータやハードウェア指標が設計要件を満たすことができず、基板の製造コストと加工コストが元のコストよりもはるかに高くなります。

要するに、PCB設計では、機能要件、電磁両立性、製造、加工などを十分に考慮した部品配置と配線が必要であり、さらに将来の保守やアップグレードも考慮に入れることで、回路が合理的で、製造や加工が容易で、修理やアップグレードも容易になるように設計する必要がある。

より包括的な製造レビューを行うには、スタックアップ、アセンブリ、またはテスト要件を確認する際に、この記事を過電流保護レイアウトおよび制御インピーダンスPCBと併せて使用してください。