成功的硬件設(shè)計(jì)需要什么？每個(gè)環(huán)節(jié)都需要盡善盡美

不懂硬件的人，會(huì)覺(jué)得硬件高深莫測(cè)。

但是經(jīng)驗(yàn)又是什么呢?

不能形容，反正就是不明覺(jué)厲。

就是有這種崇拜心理，觸發(fā)你的好奇心，要學(xué)下去，這也是成為工程師的首要條件，但這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要一條可供參考的學(xué)習(xí)路線，再加上99%的汗水和1%的靈感才可以。

硬件設(shè)計(jì)，可以說(shuō)是包羅萬(wàn)象，它涉及到非常龐大的知識(shí)量，而且，一個(gè)電路錯(cuò)一點(diǎn)小地方，都有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能工作，所以，搞硬件的人思維要非?？b密才可以，而這種思維要靠后面的學(xué)習(xí)來(lái)培養(yǎng)出來(lái)的，而不是說(shuō)還沒(méi)入門(mén)，就否定了自己。

可以看到，一個(gè)成功的硬件設(shè)計(jì)，主要功能的實(shí)現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分，而且基本來(lái)說(shuō)，主要功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠芯片廠商提供的套片方案，一般來(lái)說(shuō)為了降低風(fēng)險(xiǎn)，主要是參考套片方案的參考設(shè)計(jì)完成，芯片廠商也會(huì)提供包括器件封裝，參考設(shè)計(jì)，仿真模型，PCB參考等等全部資料。

成本 Cost：

任何一個(gè)賣(mài)硬件產(chǎn)品的公司的主要盈利一般來(lái)說(shuō)就是銷(xiāo)售價(jià)格-COGS，而COGS90%取決于設(shè)計(jì)，剩下就是生產(chǎn)成本了，這個(gè)價(jià)格一般來(lái)說(shuō)比較透明，代工廠也很多，競(jìng)爭(zhēng)激烈。雖然說(shuō)設(shè)計(jì)成本60%也取決于主要芯片的價(jià)格(這個(gè)主要要靠公司高層跟芯片廠商談判的結(jié)果了，HW的作用有限，更多是系統(tǒng)工程師做決策用什么芯片能符合產(chǎn)品需求和軟件功能需求)，但是剩下的電阻，電容，電感，二極管，三極管，保護(hù)器件，接口器件，邏輯芯片，邏輯功能，小芯片，電源電路全都是HW做主了，當(dāng)然有參考設(shè)計(jì)，不過(guò)一般來(lái)說(shuō)參考設(shè)計(jì)為了更好體現(xiàn)芯片的良好性能，一般會(huì)選用比較貴的，性能更好的器件，這就要結(jié)合公司的器件庫(kù)進(jìn)行取舍了。我的經(jīng)驗(yàn)是多看看公司的同類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，看看大家主流是用什么器件，畢竟對(duì)于元器件來(lái)說(shuō)，價(jià)格跟購(gòu)買(mǎi)量有很大關(guān)系，不同的采購(gòu)量導(dǎo)致的價(jià)格可能相差幾倍。

信號(hào)完整性 Signal Interity：

主要影響兩方面：EMC和時(shí)序Timing，不好的SI設(shè)計(jì)會(huì)有很強(qiáng)的過(guò)沖over/undershoot，尖峰Spike，這會(huì)造成對(duì)應(yīng)頻率N諧振頻率的發(fā)射;不好的SI設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致High/low不穩(wěn)定，或者上升時(shí)間/下降時(shí)間Rising Time/Falling Time占數(shù)據(jù)周期過(guò)長(zhǎng)，或者時(shí)鐘不穩(wěn)定，都會(huì)導(dǎo)致在接收端采樣Sample時(shí)出現(xiàn)誤判斷，實(shí)際上，接收端不會(huì)出錯(cuò)，出錯(cuò)的只是信號(hào)。 SI設(shè)計(jì)在原理圖設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要從阻抗匹配(串行電阻)上來(lái)解決，輔以適當(dāng)?shù)耐笋顬V波電容;跟主要是在PCB上，一般來(lái)說(shuō)PCB層數(shù)越多，SI會(huì)更好，當(dāng)然這里要跟Cost 進(jìn)行一個(gè)取舍了。

電源設(shè)計(jì) Power Supply：

雖然一般大些的公司都有專(zhuān)門(mén)的電源設(shè)計(jì)工程師，不過(guò)對(duì)于HW來(lái)說(shuō)，基本的Power設(shè)計(jì)能力還是很重要的，從道理上來(lái)說(shuō)，任何電路都是一種電源，任何電路問(wèn)題都可以歸結(jié)于一種電源問(wèn)題，只有對(duì)于電源電路理解深入了，才能對(duì)于電路板理解跟深入，尤其是對(duì)于模擬電路問(wèn)題，才能想到用模擬電路來(lái)設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單電路，而不是費(fèi)力用邏輯電路來(lái)搭。

安規(guī) Safety：

對(duì)于接口電路來(lái)說(shuō)，主要成本都在與安規(guī)器件，這個(gè)接口究竟要抗多大的電壓，電流打擊?這就要好好考慮用什么器件了，fuse? PTC? TVS?高壓電容?

電磁兼容 EMC/EMI：

主要是針對(duì)各個(gè)國(guó)家的相應(yīng)規(guī)范(安規(guī)也是)，對(duì)于各種可能產(chǎn)生輻射的信號(hào)都充分考慮好退耦，濾波，對(duì)于歐盟來(lái)說(shuō)一般是EN55022/EN55024，對(duì)于美國(guó)一般是FCC Part 15， 歐盟和美國(guó)的輻射標(biāo)準(zhǔn)略有不同，歐盟的標(biāo)準(zhǔn)稍微嚴(yán)格一些。

功耗 Power Consumption：

現(xiàn)在都提倡環(huán)保，運(yùn)營(yíng)商也是，HW也必須考慮省電，比如用效率更高的電源電路，用PWM替代LDO，效率更高的轉(zhuǎn)換拓?fù)洹?/p>

散熱 Thermal/Cooling：

芯片集成度越來(lái)越高，單芯片的功耗從幾瓦到現(xiàn)在的幾十瓦，散熱就是一個(gè)大問(wèn)題，而且伴隨著接口的速率提高，接口芯片的功耗也在提高，造成整個(gè)系統(tǒng)就是：熱!這就需要好好考慮散熱問(wèn)題，從PCB的布局，到散熱片Heatsink的使用，到風(fēng)扇的使用，都有很多考慮。

對(duì)于參考設(shè)計(jì)，我感覺(jué)最有用的地方主要是供電電路，退耦濾波電路以及Layout設(shè)計(jì)，至于總線連接，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，接口電路等等，一般來(lái)說(shuō)都需要根據(jù)公司器件庫(kù)，設(shè)計(jì)案例以及業(yè)界主流器件/方案進(jìn)行修改。所以千萬(wàn)不要迷信參考電路，那只是參考，過(guò)分迷信參考設(shè)計(jì)，自己還沒(méi)搞清楚芯片具體功能/參數(shù)呢，就COPY過(guò)來(lái)，即使能夠工作，肯定在成本方面，生產(chǎn)方面有很多問(wèn)題。

另外，光能看懂電路圖是不夠的。

還要有動(dòng)手能力：

當(dāng)然，硬件設(shè)計(jì)還有很多需要注意的細(xì)節(jié)，大家可多交流。