Idei de design pentru circuite hardware

Analiza cerințelor de proiectare a circuitelor hardware

Înainte de a iniția orice proiect de produs, este crucial să se analizeze produsul pentru a se determina poziționarea și subdiviziunile funcționale. Această analiză ajută la rafinarea și clasificarea cerințelor, ducând la o listă de cerințe care servește drept bază pentru designul produsului și divizarea sarcinilor.

Odată ce lista cerințelor este clarificată, inginerii trebuie să decidă ce funcții vor fi implementate în hardware și care în software. Cerințele de implementare hardware sunt apoi rafinate în continuare pentru a specifica circuitele care vor implementa aceste funcții.

Analiza și rafinarea cerințelor sunt esențiale pentru proiectarea circuitelor hardware, deoarece toate circuitele hardware sunt proiectate pe baza acestor cerințe. Această analiză clarifică selecția soluțiilor hardware și, în timpul acestui proces, se poate determina, de obicei, soluția hardware.

Selectarea soluției de circuit hardware

Când mai multe soluții pot îndeplini aceeași funcție, este necesară o comparație și o analiză a acestor soluții:

• Compararea diferențelor de cost ale soluțiilorAceasta implică compararea costului materialelor, a costurilor de cercetare și dezvoltare, a costurilor de utilizare a circuitelor complementare și a costurilor de procesare.
• Compararea maturității soluțiilorAlegerea între soluții noi și soluții mature este crucială, mai ales atunci când termenele de proiect sunt strânse.
• Compararea avantajelor de performanță ale soluțiilorÎnțelegerea aspectelor de performanță pe care să ne concentrăm este importantă pentru a evidenția avantajele produsului și a ne concentra asupra indicatorilor cheie.
• Alte aspecte de asistență ale soluțieiPentru soluțiile care depind de furnizori, la alegerea soluției ar trebui luată în considerare cooperarea cu aceștia.

Selectarea soluțiilor are un impact semnificativ asupra performanței și calității produsului și este un aspect cheie al proiectării hardware. Pentru produsele cu funcții noi, selectarea soluțiilor de produs se poate face referire la prototipuri ale unor produse similare de pe piață, economisind timp și ajutând la găsirea mai precisă a soluțiilor mature corespunzătoare.

Schema de proiectare a circuitelor hardware

Schema de proiectare a circuitului hardware organizează logica circuitului. Prin intermediul acestei scheme, logica produsului, fluxul de semnal și interconexiunile funcționale ale plăcii pot fi analizate în detaliu.

Pentru proiectele complexe, proiectarea schematică este crucială. Aceasta permite verificarea funcțiilor lipsă ale produsului, fluxul corect al semnalului și selecția logică precisă. În plus, pune bazele pentru proiectarea schematică, asigurând o înțelegere clară în timpul procesului de proiectare.

Designul arborelui de putere, o schemă invizibilă în circuit, este, de asemenea, esențial. Multe probleme apar din cauza marjelor de proiectare insuficiente ale sursei de alimentare, ceea ce duce la anomalii de alimentare. Înțelegerea cerințelor de putere ale fiecărui modul, rezumarea acestora și proiectarea lor ca un întreg sunt cruciale.

Proiectare schematică și PCB a circuitelor hardware

Proiectarea schematică este fundamentul și cheia întregului proiect de produs hardware. Pentru a asigura corectitudinea proiectării schematice, trebuie respectate următoarele puncte:

• Standardizarea desenului schematicLa desenarea simbolurilor pentru dispozitive noi, acestea trebuie desenate în funcție de circuitul aplicației și nu se recomandă aranjarea lor în funcție de secvențele PIN. Se recomandă clasificarea modulelor în simbol în timpul desenării, astfel încât fluxul semnalului să fie clar la desenarea schemei.
• Standardizarea denumirii rețelelor schematiceDenumirea schematică a rețelelor de semnale trebuie standardizată. De exemplu, modulul de alimentare indică tensiunea de alimentare, iar semnalul de control indică direcția fluxului semnalului.
• Autoverificarea și verificarea reciprocă a schemelorDupă finalizarea schemei, autoverificați mai întâi:
  • Verificați conectivitatea rețelei pentru a vedea dacă există rețele punctuale, scurgeri de rețea etc.
  • Dacă marja de proiectare a circuitului îndeplinește cerințele de proiectare, cum ar fi dacă tensiunea de curent a rezistențelor, condensatoarelor și inductoarelor îndeplinește condițiile.
  • Verificați specificațiile de proiectare, adică dacă denumirea rețelei este standardizată și dacă direcția fluxului de semnal este marcată corect.
  • Verificați dacă există erori de bază, cum ar fi erori de conexiune la rețea, conexiuni lipsă, componente lipsă etc.
  • Verificare reciprocă schematică: Cereți ajutorul altor ingineri pentru verificare, deoarece gândirea fiecăruia este limitată și, prin intermediul altora, puteți găsi probleme pe care nu le puteți găsi singuri și puteți găsi, de asemenea, propriile erori cognitive.

Corectitudinea schemei depinde în principal de cel care a realizat-o, iar acesta este și partea responsabilă. O experiență bună, cred eu, este să revizuiești schema în mod repetat. Adesea este posibil să găsești multe erori sau modele nestandardizate care nu pot fi găsite altfel prin revizuirea schemei de mai mult de trei ori. Citirea unei cărți de o sută de ori este sensul ei, iar acesta este același principiu.

Împărtășirea experienței inginerului de circuite hardware

Proiectarea PCB-urilor este realizarea fizică a circuitelor hardware și este suportul acestora. După producție și procesare, PCBA este în final asamblat cu structura produsului. Ideile și metodele sale de proiectare includ în principal:

• Proiectarea PCB necesită o analiză atentă a structurii
• Proiectarea PCB necesită o perspectivă de ansamblu

În majoritatea cazurilor, proiectarea PCB-urilor se învârte în jurul unui nucleu al procesorului, iar în cazuri mai complexe, există nuclee duale, unul fiind nucleul principal și celălalt nucleul secundar. Celelalte circuite de pe placă pot fi numite circuitul periferic al acestui procesor. Există circuite periferice pentru a asigura circuitul periferic minim al sistemului procesorului, circuite periferice pentru extinderea funcțiilor și circuite periferice pentru comunicarea reciprocă etc. Numai prin înțelegerea formelor circuitelor, a funcțiilor circuitelor și a densității de rutare a PCB-ului între module se poate avea o înțelegere clară a aspectului PCB-ului, ceea ce eu numesc imaginea de ansamblu.

Mulți ingineri care abia încep să proiecteze PCB-uri adesea nu au o înțelegere de bază a distribuției circuitelor PCB, a formelor circuitelor și a structurii generale a acestora. Ei cred că, atâta timp cât toate componentele electronice sunt plasate pe placa PCB și liniile sunt conectate, totul va fi bine. Evident, acest tip de gândire este incorect. Pentru plăcile simple, o astfel de abordare poate să nu cauzeze probleme.

Totuși, pentru plăcile complexe cu multe componente, această abordare va duce în cele din urmă la probleme. Veți constata că, fără o imagine de ansamblu bună, rutarea PCB-ului va fi încurcată, componentele care trebuie plasate aproape nu pot fi plasate împreună din cauza utilizării nerezonabile a spațiului și nu pot fi plasate în final. Acest lucru duce la probleme precum faptul că structura nu poate găzdui componentele PCB-ului, ceea ce obligă inginerul hardware să elimine circuite.

Sau componentele pot fi plasate în carcasă, dar rutarea nu poate fi finalizată, așa că regulile de rutare trebuie sacrificate, iar liniile inițial groase trebuie schimbate cu linii subțiri, rezultând un curent insuficient pentru ca PCB-ul să treacă prin ele; spațiu insuficient între liniile de semnal sensibile, rezultând interferențe între semnale; componentele sunt prea aglomerate, rezultând interferențe, automatizare redusă a operațiunilor de producție și procesare, dificultăți în întreținere și refacere și alte probleme.

În cele din urmă, diverși parametri electrici și indicatori hardware ai produsului nu pot îndeplini cerințele de proiectare, iar costurile de producție și procesare a plăcii sunt mult mai mari decât costul inițial.

Pe scurt, Design PCB necesită o amplasare a componentelor și a cablajului care să ia în considerare pe deplin cerințele funcționale, compatibilitatea electromagnetică, producția și procesarea etc., și să ia în considerare și întreținerea și modernizarea ulterioară, astfel încât circuitul să poată fi proiectat pentru a fi rezonabil, ușor de produs și procesat și ușor de reparat și modernizat.

Pentru o analiză mai completă a producției, folosiți acest articol alături de schema de protecție la supracurent și PCB cu impedanță controlată la verificarea cerințelor de stivuire, asamblare sau testare.