ไอเดียการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์

การวิเคราะห์ความต้องการการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์

ก่อนเริ่มโครงการผลิตภัณฑ์ใดๆ สิ่งสำคัญคือการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์เพื่อกำหนดตำแหน่งและการแบ่งย่อยตามหน้าที่ การวิเคราะห์นี้ช่วยในการปรับแต่งและจำแนกความต้องการ ซึ่งนำไปสู่รายการความต้องการที่ทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์และการแบ่งย่อยตามหน้าที่

เมื่อรายการความต้องการชัดเจนขึ้น วิศวกรจะต้องตัดสินใจว่าจะใช้งานฟังก์ชันใดในฮาร์ดแวร์และฟังก์ชันใดในซอฟต์แวร์ จากนั้นข้อกำหนดการใช้งานฮาร์ดแวร์จะได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อระบุวงจรที่ใช้งานได้กับฟังก์ชันเหล่านี้

การวิเคราะห์และปรับแต่งความต้องการถือเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ เนื่องจากวงจรฮาร์ดแวร์ทั้งหมดได้รับการออกแบบโดยอิงตามความต้องการเหล่านี้ การวิเคราะห์นี้จะช่วยชี้แจงการเลือกโซลูชันฮาร์ดแวร์ และในระหว่างกระบวนการนี้ โดยทั่วไปแล้วจะสามารถกำหนดโซลูชันฮาร์ดแวร์ได้

การเลือกโซลูชันวงจรฮาร์ดแวร์

เมื่อโซลูชันหลายตัวสามารถทำหน้าที่เดียวกันได้ จำเป็นต้องมีการเปรียบเทียบและวิเคราะห์โซลูชันเหล่านี้:

• การเปรียบเทียบความแตกต่างของต้นทุนโซลูชัน:ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบต้นทุนของวัสดุ ต้นทุนการวิจัยและพัฒนา ต้นทุนของการใช้วงจรเสริม และต้นทุนการประมวลผล
• การเปรียบเทียบความสมบูรณ์ของโซลูชัน:การเลือกใช้โซลูชันใหม่และโซลูชันที่ครบถ้วนนั้นถือเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะเมื่อมีกำหนดเวลาของโครงการที่แน่น
• การเปรียบเทียบข้อดีของประสิทธิภาพการทำงานของโซลูชั่น:การทำความเข้าใจว่าต้องมุ่งเน้นด้านประสิทธิภาพด้านใดถือเป็นสิ่งสำคัญในการเน้นย้ำข้อดีของผลิตภัณฑ์และมุ่งเน้นไปที่ตัวบ่งชี้ที่สำคัญ
• ด้านการสนับสนุนอื่น ๆ ของโซลูชัน:สำหรับโซลูชันที่ต้องอาศัยซัพพลายเออร์ ควรพิจารณาความร่วมมือกับซัพพลายเออร์เมื่อเลือกโซลูชัน

การเลือกโซลูชันมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และถือเป็นประเด็นสำคัญของการออกแบบฮาร์ดแวร์ สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีฟังก์ชันใหม่ การเลือกโซลูชันผลิตภัณฑ์อาจอ้างอิงจากต้นแบบของผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันในตลาด ซึ่งจะช่วยประหยัดเวลาและช่วยให้ค้นหาโซลูชันที่สมบูรณ์แบบได้แม่นยำยิ่งขึ้น

แผนผังวงจรออกแบบฮาร์ดแวร์

แผนผังวงจรฮาร์ดแวร์จะจัดระเบียบตรรกะของวงจร โดยแผนผังนี้จะช่วยให้วิเคราะห์ตรรกะของผลิตภัณฑ์ การไหลของสัญญาณ และการเชื่อมต่อบอร์ดฟังก์ชันต่างๆ ได้อย่างละเอียด

สำหรับโครงการที่ซับซ้อน การออกแบบแผนผังถือเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากแผนผังช่วยให้สามารถตรวจสอบฟังก์ชันผลิตภัณฑ์ที่ขาดหายไป การไหลของสัญญาณที่ถูกต้อง และการเลือกตามตรรกะที่แม่นยำ นอกจากนี้ แผนผังยังช่วยวางรากฐานสำหรับการออกแบบแผนผัง ทำให้เข้าใจได้ชัดเจนในระหว่างกระบวนการออกแบบ

การออกแบบพาวเวอร์ทรี ซึ่งเป็นแผนผังวงจรที่มองไม่เห็นก็มีความจำเป็นเช่นกัน ปัญหามากมายเกิดขึ้นจากการออกแบบพาวเวอร์ซัพพลายที่ไม่เพียงพอ ส่งผลให้พาวเวอร์ซัพพลายผิดปกติ การทำความเข้าใจความต้องการด้านพลังงานของแต่ละโมดูล การสรุปความต้องการ และการออกแบบโดยรวมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

การออกแบบแผนผังและ PCB ของวงจรฮาร์ดแวร์

การออกแบบแผนผังเป็นรากฐานและหัวใจสำคัญของการออกแบบผลิตภัณฑ์ฮาร์ดแวร์ทั้งหมด เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบแผนผังถูกต้อง ควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้:

• การกำหนดมาตรฐานของแผนผัง:เมื่อวาดสัญลักษณ์สำหรับอุปกรณ์ใหม่ ควรวาดตามวงจรแอปพลิเคชัน และไม่แนะนำให้จัดเรียงตามลำดับ PIN ขอแนะนำให้จำแนกโมดูลในสัญลักษณ์ระหว่างการวาด เพื่อให้การไหลของสัญญาณชัดเจนเมื่อวาดแผนผัง
• การกำหนดมาตรฐานการตั้งชื่อเครือข่ายแผนผัง:การตั้งชื่อเครือข่ายสัญญาณแบบแผนผังต้องได้รับการทำให้เป็นมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น โมดูลพลังงานจะระบุแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ และสัญญาณควบคุมจะระบุทิศทางการไหลของสัญญาณ
• การตรวจสอบแผนผังด้วยตนเองและการตรวจสอบร่วมกัน:หลังจากทำแผนผังเสร็จแล้ว ให้ตรวจสอบตัวเองก่อน:
  • ตรวจสอบการเชื่อมต่อเครือข่ายเพื่อดูว่ามีเครือข่ายจุดเดียว เครือข่ายรั่วไหล ฯลฯ หรือไม่
  • ว่าขอบเขตการออกแบบวงจรเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบหรือไม่ เช่น แรงดันไฟฟ้าที่นำกระแสของตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ เป็นไปตามเงื่อนไขหรือไม่
  • ตรวจสอบข้อกำหนดการออกแบบ นั่นคือ การตั้งชื่อเครือข่ายเป็นมาตรฐานหรือไม่ และทิศทางการไหลของสัญญาณถูกทำเครื่องหมายไว้ถูกต้องหรือไม่
  • ตรวจสอบข้อผิดพลาดพื้นฐานบางอย่าง เช่น ข้อผิดพลาดการเชื่อมต่อเครือข่าย การเชื่อมต่อที่ขาดหาย ส่วนประกอบที่ขาดหาย ฯลฯ
  • การตรวจสอบร่วมกันแบบแผนผัง: ขอความช่วยเหลือจากวิศวกรคนอื่นในการตรวจสอบ เพราะความคิดของทุกคนมีจำกัด และผ่านทางคนอื่น คุณจะสามารถค้นพบปัญหาที่คุณไม่สามารถหาได้ด้วยตัวเอง และคุณยังสามารถค้นพบข้อผิดพลาดทางปัญญาของคุณเองได้อีกด้วย

ความถูกต้องของแผนผังนั้นขึ้นอยู่กับผู้ร่างเป็นหลักและผู้ร่างก็เป็นผู้รับผิดชอบเช่นกัน ประสบการณ์ที่ดีอย่างหนึ่งคือการตรวจสอบแผนผังซ้ำๆ หลายครั้ง มักจะพบข้อผิดพลาดหรือแบบที่ไม่ได้มาตรฐานมากมายซึ่งไม่สามารถพบได้ด้วยวิธีอื่นโดยการตรวจสอบแผนผังมากกว่าสามครั้ง การอ่านหนังสือหนึ่งเล่มร้อยครั้งก็มีความหมาย และนี่คือหลักการเดียวกัน

แบ่งปันประสบการณ์วิศวกรวงจรฮาร์ดแวร์

การออกแบบ PCB คือการสร้างวงจรฮาร์ดแวร์ขึ้นมาจริง ๆ และเป็นตัวนำพาวงจรฮาร์ดแวร์นั้น ๆ หลังจากกระบวนการผลิตและการประมวลผลแล้วPCBAจะถูกประกอบเข้ากับโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ในที่สุด แนวคิดและวิธีการออกแบบส่วนใหญ่ประกอบด้วย:

• การออกแบบ PCB ต้องมีการวิเคราะห์โครงสร้างอย่างรอบคอบ
• การออกแบบ PCB จำเป็นต้องมีมุมมองภาพรวม

ในกรณีส่วนใหญ่ การออกแบบ PCB จะหมุนรอบแกน CPU และในกรณีที่ซับซ้อนกว่านี้ จะมีแกนคู่ โดยแกนหนึ่งเป็นแกนหลักและอีกแกนหนึ่งเป็นแกนรอง วงจรอื่นๆ บนบอร์ดสามารถเรียกได้ว่าเป็นวงจรต่อพ่วงของ CPU นี้ มีวงจรต่อพ่วงเพื่อให้แน่ใจว่ามีวงจรต่อพ่วงระบบขั้นต่ำของ CPU วงจรต่อพ่วงสำหรับการขยายฟังก์ชัน และวงจรต่อพ่วงสำหรับการสื่อสารระหว่างกัน เป็นต้น เฉพาะการทำความเข้าใจรูปแบบวงจร ฟังก์ชันวงจร และความหนาแน่นของการเดินสาย PCB ระหว่างโมดูลเท่านั้น คุณจึงจะเข้าใจเค้าโครง PCB ได้อย่างชัดเจน ซึ่งผมเรียกว่าภาพรวม

วิศวกรจำนวนมากที่เพิ่งเริ่มต้นออกแบบ PCB มักไม่มีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับการกระจายของวงจร PCB รูปแบบวงจร และโครงสร้างวงจรโดยรวม พวกเขาคิดว่าตราบใดที่วางส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้บนแผงวงจร PCB และเชื่อมต่อสายต่างๆ เข้าด้วยกัน ทุกอย่างก็จะเรียบร้อยดี เห็นได้ชัดว่าแนวคิดนี้ไม่ถูกต้อง สำหรับแผงวงจรธรรมดา การบำบัดดังกล่าวอาจไม่ก่อให้เกิดปัญหา

อย่างไรก็ตาม สำหรับบอร์ดที่ซับซ้อนที่มีส่วนประกอบจำนวนมาก แนวทางนี้อาจนำไปสู่ปัญหาในที่สุด คุณจะพบว่าหากไม่มีภาพรวมที่ดี การเดินสายของ PCB ก็จะพันกัน ส่วนประกอบที่ต้องวางชิดกันจะไม่สามารถวางเข้าด้วยกันได้เนื่องจากใช้พื้นที่อย่างไม่สมเหตุสมผล และสุดท้ายก็ไม่สามารถวางได้ ส่งผลให้เกิดปัญหา เช่น เปลือกโครงสร้างไม่สามารถรองรับส่วนประกอบของ PCB ได้ ซึ่งส่งผลให้วิศวกรฮาร์ดแวร์ต้องลบวงจรออก

หรือส่วนประกอบต่างๆ อาจถูกวางไว้ในเชลล์ แต่ไม่สามารถกำหนดเส้นทางให้เสร็จสมบูรณ์ได้ ดังนั้น จะต้องสละกฎการกำหนดเส้นทาง และเส้นที่หนาในตอนแรกจะต้องเปลี่ยนเป็นเส้นบาง ซึ่งส่งผลให้กระแสไฟสำหรับ PCB ที่จะผ่านไม่เพียงพอ ระยะห่างระหว่างเส้นสัญญาณที่ละเอียดอ่อนไม่เพียงพอ ส่งผลให้สัญญาณรบกวนระหว่างสัญญาณ ส่วนประกอบต่างๆ หนาแน่นเกินไป ส่งผลให้เกิดการรบกวน ลดการทำงานอัตโนมัติของการดำเนินการผลิตและประมวลผล มีความยากลำบากในการบำรุงรักษาและการทำงานซ้ำ และปัญหาด้านอื่นๆ

ท้ายที่สุดแล้ว พารามิเตอร์ไฟฟ้าและตัวบ่งชี้ฮาร์ดแวร์ต่างๆ ของผลิตภัณฑ์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบได้ และต้นทุนการผลิตและการประมวลผลของบอร์ดก็สูงกว่าต้นทุนเดิมมาก

กล่าวโดยสรุปการออกแบบ PCBจำเป็นต้องจัดวางส่วนประกอบและสายไฟโดยคำนึงถึงข้อกำหนดด้านการทำงาน ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า การผลิต และการแปรรูป ฯลฯ อย่างครบถ้วน และยังต้องคำนึงถึงการบำรุงรักษาและการอัปเกรดในภายหลังด้วย เพื่อให้วงจรได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม ผลิตและแปรรูปได้ง่าย และซ่อมแซมและอัปเกรดได้ง่าย

เพื่อให้การตรวจสอบกระบวนการผลิตมีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น โปรดใช้บทความนี้ควบคู่กับแบบแผนการป้องกันกระแสเกินและแผงวงจรพิมพ์ที่มีอิมพีแดนซ์ควบคุมเมื่อตรวจสอบโครงสร้าง การประกอบ หรือข้อกำหนดการทดสอบ