Idéias para design de circuitos de hardware

Análise de requisitos de projeto de circuito de hardware

Antes de iniciar qualquer projeto de produto, é fundamental analisar o produto para determinar seu posicionamento e subdivisões funcionais. Essa análise auxilia no refinamento e classificação dos requisitos, levando a uma lista de requisitos que serve de base para o design do produto e divisão de tarefas.

Uma vez esclarecida a lista de requisitos, os engenheiros devem decidir quais funções serão implementadas em hardware e quais em software. Os requisitos de implementação de hardware são então refinados para especificar os circuitos que implementarão essas funções.

A análise e o refinamento de requisitos são fundamentais para o projeto de circuitos de hardware, pois todos os circuitos de hardware são projetados com base nesses requisitos. Esta análise esclarece a seleção de soluções de hardware e, durante esse processo, a solução de hardware normalmente pode ser determinada.

Seleção de solução de circuito de hardware

Quando múltiplas soluções podem atingir a mesma função, é necessária uma comparação e análise destas soluções:

• Comparação de diferenças de custos de soluções: envolve comparar o custo dos materiais, os custos de P&D, os custos de utilização de circuitos complementares e os custos de processamento.
• Comparação de maturidade de soluções: Escolher entre soluções novas e maduras é crucial, especialmente quando os cronogramas dos projetos são apertados.
• Comparação de vantagens de desempenho de soluções: Entender quais aspectos de desempenho focar é importante para destacar as vantagens do produto e focar nos indicadores-chave.
• Outros aspectos de suporte da solução: Para soluções dependentes de fornecedores, a cooperação com os fornecedores deve ser considerada na escolha da solução.

A seleção da solução impacta significativamente o desempenho e a qualidade do produto e é um aspecto fundamental do projeto de hardware. Para produtos com novas funções, a seleção de soluções de produtos pode referir-se a protótipos de produtos similares no mercado, economizando tempo e ajudando a encontrar soluções maduras correspondentes com mais precisão.

Esquema de projeto de circuito de hardware

O esquema de projeto do circuito de hardware organiza a lógica do circuito. Através deste esquema, a lógica do produto, o fluxo do sinal e as interconexões funcionais da placa podem ser analisadas detalhadamente.

Para projetos complexos, o desenho esquemático é crucial. Ele permite verificar funções ausentes do produto, fluxo de sinal correto e seleção lógica precisa. Além disso, estabelece as bases para o projeto esquemático, garantindo uma compreensão clara durante o processo de projeto.

O projeto da árvore de potência, um esquema invisível no circuito, também é essencial. Muitos problemas surgem de margens de projeto insuficientes da fonte de alimentação, levando a uma fonte de alimentação anormal. Compreender os requisitos de energia de cada módulo, resumi-los e projetá-los como um todo é crucial.

Projeto esquemático e PCB de circuitos de hardware

O design esquemático é a base e a chave de todo o design do produto de hardware. Para garantir a exatidão do projeto esquemático, os seguintes pontos devem ser garantidos:

• Padronização de desenho esquemático: Ao desenhar símbolos para novos dispositivos, eles devem ser desenhados de acordo com o circuito de aplicação, não sendo recomendado organizá-los de acordo com sequências de PIN. Recomenda-se classificar os módulos no símbolo durante o desenho, para que o fluxo do sinal fique claro ao desenhar o esquemático.
• Padronização de nomenclatura esquemática de rede: A nomenclatura esquemática da rede de sinal precisa ser padronizada. Por exemplo, o módulo de potência indica a tensão da fonte de alimentação e o sinal de controle indica a direção do fluxo do sinal.
• Autoverificação e verificação mútua de esquemas: Depois de concluir o esquema, faça primeiro a autoverificação:
  • Verifique a conectividade da rede para ver se há redes de ponto único, vazamentos de rede, etc.
  • Se a margem do projeto do circuito atende aos requisitos do projeto, como se a tensão de transporte de corrente de resistores, capacitores e indutores atende às condições.
  • Verifique a especificação do projeto, ou seja, se a nomenclatura da rede está padronizada e se a direção do fluxo do sinal está marcada corretamente.
  • Verifique alguns erros básicos, como erros de conexão de rede, conexões ausentes, componentes ausentes, etc.
  • Verificação mútua esquemática: peça ajuda a outros engenheiros na verificação, porque o pensamento de todos é limitado e, por meio de outros, você pode encontrar problemas que não consegue encontrar sozinho e também pode encontrar seus próprios erros cognitivos.

A exatidão do esquema depende principalmente do redator, e o redator também é o responsável. Acho que uma boa experiência é revisar o esquema repetidamente. Muitas vezes é possível encontrar muitos erros ou projetos fora do padrão que não poderiam ser encontrados de outra forma, revisando o esquema mais de três vezes. Ler um livro cem vezes é o seu significado, e este é o mesmo princípio.

Compartilhamento de experiência com engenheiro de circuito de hardware

O design de PCB é a realização física de circuitos de hardware e é o portador de circuitos de hardware. Após produção e processamento, PCBA é finalmente montado com a estrutura do produto. Suas idéias e métodos de design incluem principalmente:

• O projeto de PCB requer uma análise cuidadosa da estrutura
• O design de PCB requer uma visão geral

Na maioria dos casos, o design do PCB gira em torno de um núcleo de CPU e, em casos mais complexos, existem dois núcleos, sendo um o núcleo principal e o outro o secundário. Os demais circuitos da placa podem ser chamados de circuito periférico desta CPU. Existem circuitos periféricos para garantir o circuito periférico mínimo do sistema da CPU, circuitos periféricos para expansão de função e circuitos periféricos para comunicação mútua, etc. Somente compreendendo as formas do circuito, as funções do circuito e a densidade do roteamento de PCB entre os módulos você pode ter uma compreensão clara do layout do PCB, que é o que chamo de visão geral.

Muitos engenheiros que estão apenas começando no projeto de PCBs geralmente não têm um conhecimento básico da distribuição de circuitos de PCB, formas de circuito e estrutura geral do circuito. Eles acham que, desde que todos os componentes eletrônicos estejam colocados na placa PCB e as linhas estejam conectadas, tudo ficará bem. Obviamente, esse tipo de pensamento está incorreto. Para placas simples, tal tratamento pode não causar problemas.

No entanto, para placas complexas com muitos componentes, esta abordagem acabará por levar a problemas. Você descobrirá que sem uma boa visão geral, o roteamento da PCB ficará emaranhado, os componentes que precisam ser colocados próximos não poderão ser colocados juntos devido à utilização irracional do espaço e, no final, não poderão ser colocados. Isso leva a problemas como o invólucro da estrutura não ser capaz de acomodar os componentes da PCB, o que por sua vez força o engenheiro de hardware a excluir os circuitos.

Ou os componentes podem ser colocados no shell, mas o roteamento não pode ser concluído, então as regras de roteamento devem ser sacrificadas e as linhas originalmente grossas devem ser alteradas para linhas finas, resultando em corrente insuficiente para a passagem do PCB; espaçamento insuficiente entre linhas de sinal sensíveis, resultando em interferência de sinal entre sinais; os componentes ficam muito lotados, resultando em interferência, redução da automação das operações de produção e processamento, dificuldade de manutenção e retrabalho, entre outros problemas.

No final, vários parâmetros elétricos e indicadores de hardware do produto não podem atender aos requisitos de projeto, e os custos de produção e processamento da placa são muito superiores ao custo original.

Em suma, o Design PCB requer o layout de componentes e fiação que considere totalmente os requisitos funcionais, compatibilidade eletromagnética, produção e processamento, etc., e também considere a manutenção e atualização posteriores, para que o circuito possa ser projetado para ser razoável, fácil de produzir e processar , e fácil de reparar e atualizar.

Para uma análise de produção mais completa, utilize este artigo em conjunto com outros. esquema de proteção contra sobrecorrente e PCB de impedância controlada ao verificar os requisitos de empilhamento, montagem ou teste.