硬件电路设计思路

硬件电路设计需求分析

在产品项目启动之前，对产品进行分析至关重要，确定产品的定位和功能细分，从而提炼和归纳需求，形成需求清单，为产品设计和任务划分奠定基础。

一旦明确了需求列表，工程师就必须决定哪些功能需要用硬件实现，哪些功能需要用软件实现。然后，进一步细化硬件实现需求，以指定实现这些功能的电路。

需求分析与细化是硬件电路设计的核心，所有硬件电路的设计都是围绕这些需求进行的。需求分析可以明确硬件方案的选择，通常在这个过程中就可以确定最终的硬件方案。

硬件电路方案选择

当有多种方案可以实现相同的功能时，需要对这些方案进行比较和分析：

• 方案成本差异比较：这涉及比较材料成本、研发成本、使用互补电路的成本和加工成本。
• 解决方案成熟度比较：在新的和成熟的解决方案之间进行选择至关重要，尤其是在项目时间紧迫的情况下。
• 方案性能优势对比：了解需要关注哪些性能方面，对于凸显产品优势、关注关键指标至关重要。
• 解决方案的其他支持方面：对于依赖于供应商的解决方案，在选择解决方案时应考虑与供应商的合作。

方案选择对产品的性能和质量影响重大，是硬件设计的关键环节。对于新增功能的产品，选择产品方案可以参考市面上同类产品的原型，节省时间，并更准确地找到相应的成熟方案。

硬件电路设计原理图

硬件电路设计原理图对电路的逻辑进行了整理，通过原理图可以详细分析产品的逻辑、信号流、功能板的互连等。

对于复杂的项目，原理图设计至关重要。它可以检查产品功能是否缺失、信号流是否正确以及逻辑选择是否准确。此外，它还为原理图设计奠定了基础，确保在设计过程中清晰地理解设计意图。

电源树设计，也就是电路中一个看不见的原理图，也至关重要。很多问题都是因为电源的设计裕度不足，导致供电异常。理解每个模块的电源需求，归纳总结，并进行整体设计至关重要。

硬件电路原理图及PCB设计

原理图设计是整个硬件产品设计的基础和关键，为保证原理图设计的正确性，应确保以下几点：

• 示意图标准化：绘制新器件符号时，应根据应用电路进行绘制，不建议按照PIN码顺序排列。建议绘制时对符号中的模块进行分类，以便绘制原理图时信号流清晰。
• 原理图网络命名的标准化：原理图信号网络命名需要规范。例如，电源模块表示电源电压，控制信号表示信号流的方向。
• 原理图自检与互检：完成原理图后，先自检：
  • 检查网络连通性，查看是否存在单点网络、网络泄漏等情况。
  • 电路设计裕度是否满足设计要求，如电阻、电容、电感的载流电压是否满足条件。
  • 检查设计规范，即网络命名是否规范，信号流向是否正确标记。
  • 检查一些基本错误，例如网络连接错误、缺少连接、缺少组件等。
  • 原理图互查：请其他工程师帮忙检查，因为每个人的思维都是有限的，通过别人可以发现自己找不到的问题，也可以发现自己的认知错误。

原理图的正确性主要取决于绘制者，绘制者也是责任方。我认为一个很好的经验是反复审阅原理图。通常，审阅三遍以上原理图就能发现很多其他方法无法发现的错误或不规范的设计。读万卷书，行万里路，道理是一样的。

硬件电路工程师经验分享

PCB设计是将硬件电路物理化，是硬件电路的载体。经过生产加工后，PCBA最终组装成产品结构。其设计思路和方法主要包括：

• PCB设计需要仔细分析结构
• PCB 设计需要全局视角

PCB设计通常围绕一个CPU核心进行，更复杂的情况下，会有双核，一个作为主核，一个作为辅核。板上的其他电路可以称为这个CPU的外围电路，包括保证CPU最小系统外围电路、功能扩展外围电路、相互通信外围电路等等。只有了解了模块间的电路形式、电路功能以及PCB走线的密度，才能对PCB布局有一个清晰的认识，也就是我所说的“全局观”。

很多刚开始接触PCB设计的工程师，往往对PCB电路的分布、电路形式以及整体电路框架没有基本的了解，认为只要把所有电子元器件都摆放到PCB板上，线路接好，就万事大吉了。显然，这种想法是错误的，对于简单的电路板，这样处理可能不会出问题。

然而，对于元器件众多的复杂电路板来说，这种做法最终会导致问题。你会发现，如果没有良好的整体视野，PCB 布线就会变得杂乱无章，原本需要紧密放置的元器件由于空间利用不合理而无法摆放在一起，最终无法摆放。这会导致结构外壳无法容纳 PCB 元器件等问题，进而迫使硬件工程师不得不删减电路。

或者说元器件虽然可以放入外壳内，但无法完成布线，不得不牺牲布线规则，将原本粗的走线改为细的走线，造成PCB通过的电流不足；敏感信号线之间间距不够，造成信号之间产生信号干扰；元器件过于拥挤，造成干扰，生产加工作业自动化程度降低，维修返工困难等问题。

最终导致产品各项电气参数、硬件指标无法满足设计要求，而且板卡的生产加工成本远高于原有成本。

简而言之，PCB设计需要对元件和线路的布局进行充分考虑，包括功能要求、电磁兼容性、生产加工等，还要考虑后续的维护和升级，从而使电路设计合理、易于生产加工、易于维修和升级。

为了进行更全面的生产审查，请在检查叠层、组装或测试要求时，将本文与过流保护布局和受控阻抗 PCB结合使用。