硬件开发四大原则,看看不会错

2018-03-13 14:06:26 来源: 硬件十万个为什么
标签:
以实际的硬件设计项目为例,一同探讨硬件开发的基本准则和思想,同时欢迎大家积极提出自己的问题和观点。
 
1  充分了解各方的设计需求,确定合适的解决方案
启动一个硬件开发项目,原始的推动力会来自于很多方面,比如市场的需要,基于整个系统架构的需要,应用软件部门的功能实现需要,提高系统某方面能力的需要等等,所以作为一个硬件系统的设计者,要主动的去了解各个方面的需求,并且综合起来,提出最合适的硬件解决方案。比如A项目的原始推动力来自于公司内部的一个高层软件小组,他们在实际当中发现原有的处理器板IP转发能力不能满足要求,从而对于系统的配置和使用都会造成很大的不便,所以他们提出了对新硬件的需求。根据这个目标,硬件方案中就针对性的选用了两个高性能网络处理器,然后还需要深入的和软件设计者交流,以确定内存大小,内部结构,对外接口和调试接口的数量及类型等等细节,比如软件人员喜欢将控制信令通路和数据通路完全分开来,这样在确定内部数据走向的时候要慎重考虑。项目开始之初是需要召开很多的讨论会议的,应该尽量邀请所有相关部门来参与,好处有三个,第一可以充分了解大家的需要,以免在系统设计上遗漏重要的功能,第二是可以让各个部门了解这个项目的情况,提早做好时间和人员上协作的准备,第三是从感情方面讲,在设计之初各个部门就参与了进来,这个项目就变成了大家共同的一个心血结晶,会得到大家的呵护和良好合作,对完成工作是很有帮助的。
 
2  原理图设计中要注意的问题
原理图设计中要有“拿来主义”,现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原理图,所以要尽量的借助这些资源,在充分理解参考设计的基础上,做一些自己的发挥。当主要的芯片选定以后,最关键的外围设计包括了电源,时钟和芯片间的互连。
  
电源是保证硬件系统正常工作的基础,设计中要详细的分析:系统能够提供的电源输入;单板需要产生的电源输出;各个电源需要提供的电流大小;电源电路效率;各个电源能够允许的波动范围;整个电源系统需要的上电顺序等等。比如A项目中的网络处理器需要1.25V作为核心电压,要求精度在+5%- -3%之间,电流需要12A左右,根据这些要求,设计中采用5V的电源输入,利用Linear的开关电源控制器和IR的MOSFET搭建了合适的电源供应电路,精度要求决定了输出电容的ESR选择,并且为防止电流过大造成的电压跌落,加入了远端反馈的功能。
  
时钟电路的实现要考虑到目标电路的抖动等要求,A项目中用到了GE的PHY器件,刚开始的时候使用一个内部带锁相环的零延时时钟分配芯片提供100MHz时钟,结果GE链路上出现了丢包,后来换成简单的时钟Buffer器件就解决了丢包问题,分析起来就是内部的锁相环引入了抖动。
  
芯片之间的互连要保证数据的无误传输,在这方面,高速的差分信号线具有速率高,好布线,信号完整性好等特点,A项目中的多芯片间互连均采用了高速差分信号线,在调试和测试中没有出现问题。
 
3  PCB设计中要注意的问题
PCB设计中要做到目的明确,对于重要的信号线要非常严格的要求布线的长度和处理地环路,而对于低速和不重要的信号线就可以放在稍低的布线优先级上。重要的部分包括:电源的分割;内存的时钟线,控制线和数据线的长度要求;高速差分线的布线等等。
 
A项目中使用内存芯片实现了1G大小的DDR memory,针对这个部分的布线是非常关键的,要考虑到控制线和地址线的拓扑分布,数据线和时钟线的长度差别控制等方面,在实现的过程中,根据芯片的数据手册和实际的工作频率可以得出具体的布线规则要求,比如同一组内的数据线长度相差不能超过多少个mil,每个通路之间的长度相差不能超过多少个mil等等。当这些要求确定后就可以明确要求PCB设计人员来实现了,如果设计中所有的重要布线要求都明确了,可以转换成整体的布线约束,利用CAD中的自动布线工具软件来实现PCB设计,这也是在高速PCB设计中的一个发展趋势。
 
4  检查和调试
当准备调试一块板的时候,一定要先认真的做好目视检查,检查在焊接的过程中是否有可见的短路和管脚搭锡等故障,检查是否有元器件型号放置错误,第一脚放置错误,漏装配等问题,然后用万用表测量各个电源到地的电阻,以检查是否有短路,这个好习惯可以避免贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态,遇见问题是非常正常的,要做的就是多做比较和分析,逐步的排除可能的原因,要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”,这样最后一定能调试成功。
 
5  一些总结的话
现在从技术的角度来说,每个设计最终都可以做出来,但是一个项目的成功与否,不仅仅取决于技术上的实现,还与完成的时间,产品的质量,团队的配合密切相关,所以良好的团队协作,透明坦诚的项目沟通,精细周密的研发安排,充裕的物料和人员安排,这样才能保证一个项目的成功。
  
一个好的硬件工程师实际上就是一个项目经理,他/她需要从外界交流获取对自己设计的需求,然后汇总,分析成具体的硬件实现。还要跟众多的芯片和方案供应商联系,从中挑选出合适的方案,当原理图完成后,他/她要组织同事来进行配合评审和检查,还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时,还要准备好BOM清单,开始采购和准备物料,联系加工厂家完成板的贴装。在调试的过程中他/她要组织好软件工程师来一起攻关调试,配合测试工程师一起解决测试中发现的问题,等到产品推出到现场,如果出现问题,还需要做到及时的支持。所以做一个硬件设计人员要锻炼出良好的沟通能力,面对压力的调节能力,同一时间处理多个事务的协调和决断能力和良好平和的心态等等。
  
还有细心和认真,因为硬件设计上的一个小疏忽往往就会造成非常大的经济损失,比如以前碰到一块板在PCB设计完备出制造文件的时候误操作造成了电源层和地层连在了一起,PCB板制造完毕后又没有检查直接上生产线贴装,到测试的时候才发现短路问题,但是元器件已经都焊接到板上了,结果造成了几十万的损失。所以细心和认真的检查,负责任的测试,不懈的学习和积累,才能使得一个硬件设计人员持续不断的进步。
 
 
 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
意法半导体推出离线转换器 提高5-30V电源的雪崩耐量、能效和灵活性

意法半导体的VIPer11离线转换器内置800V耐雪崩MOSFET,可帮助设备制造商设计更耐用的辅助电源和电源适配器,其26Vdc漏极启动电压允许超宽的线路输入电压,并提高诸多消费和工业电源的灵活性。

工业设备辅助电源驱动用的SiC电源解决方案

包括光伏逆变器、电气驱动装置、UPS及HVDC在内的功率转换系统,需要栅极驱动器、微控制器、显示器、传感器及风扇来使系统正常运行。

OPPO十年磨砺、循序渐进的海外市场开拓之路
OPPO十年磨砺、循序渐进的海外市场开拓之路

自2017年起,国产手机厂商开始纷纷把眼光投向海外市场,希望通过两条腿走路实现持续增长。于是,东南亚、南亚次大陆、中东非洲等市场,都出现了国产厂商同场厮杀的身影。

贸泽电子联手美信半导体举办电源技术巡回研讨会

半导体与电子元器件业顶尖工程设计资源与授权分销商贸泽电子(Mouser Electronics) 宣布携手美信半导体,于6月21日北京中关村皇冠假日酒店、6月26日苏州尼盛万丽酒店、6月28日深圳马哥孛罗好日子酒店,举办“2018贸泽电子技术创新论坛-美信电源技术研讨会”。

新电源联盟为48V直接DC-DC转换提供更佳客户选择

针对数据中心等要求苛刻的高级应用开发电源系统解决方案,要想不太过依赖于独家供应商,具有相当大的挑战性。电源模块行业内具有前瞻性的公司已经认识到,DC-DC电源模块的用户——尤其是那些需要48V直接转换的用户——正在从独立的备选来源当中寻找兼容产品。

更多资讯
屏下指纹技术多妖娆,vivo/华为/小米/三星尽折腰
屏下指纹技术多妖娆,vivo/华为/小米/三星尽折腰

2016年起,智能手机进入了全面屏时代,要是哪个手机厂家不研究屏占比,那简直就是不把钱当回事儿!于是乎,苹果face id和安卓屏下指纹两大阵营两大技术应运而生。

德莎新一代触显行业粘接解决方案亮相2018全触展

自2007年智能手机的正式问世,智能机的普及率呈指数级增长,约有61亿人将在2020年拥有属于自己的智能机,并且逐渐成为生活中不可或缺的一个组成部分。近年来,随着智能手机制造商的不断创新,可折叠机的下一代研发已经提上了日程,为此,德莎为新一代显示技术提供了灵活的粘接解决方案。

选择定制或现成的医用连接器好处分析
选择定制或现成的医用连接器好处分析

在选择定制或现成的医用连接器时需要考虑许多因素,而两者的好处和坏处都可能令你惊奇。

和硕:下半年还需谨慎对待机遇和挑战

苹概股和硕21日举行股东会,董事长童子贤预估,下半年景气“审慎乐观”,虽然国际情势变动较大,但和硕在自动化、产品技术上都已经先行布局,强调整个产业“没有悲观的理由”,消费者需求仍在。

企业到底要怎么经营,看张忠谋怎么说

在本月5日股东会后正式退休的台积电创办人张忠谋,20日于“三三会”2018年企业交流会上发表简短演说,从创新、策略与执行,以及CEO等三方面,分享“企业经营之道”,当中也说明了台积电接班人选决定过程与制度。

Moore8直播课堂
电路方案