Trent丨硬件設(shè)計(jì)與檢查

硬件開(kāi)發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性的過(guò)程，無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)豐富的硬件工程師還是熱衷于動(dòng)手的電子愛(ài)好者，都會(huì)經(jīng)歷相似的步驟來(lái)將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品。對(duì)于專業(yè)工程師而言，深入掌握開(kāi)發(fā)流程能夠確保項(xiàng)目的高效推進(jìn)，減少錯(cuò)誤和返工，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。而對(duì)于電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，了解整個(gè)流程有助于他們更全面地理解硬件工作的原理，更好地實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意和想法，同時(shí)提升他們?cè)趯?shí)踐中的技能水平和解決問(wèn)題的能力。

本文主要介紹相對(duì)簡(jiǎn)潔的硬件開(kāi)發(fā)流程，讓大家能直觀的了解產(chǎn)品是怎樣開(kāi)發(fā)的，需要著重注意什么。

如上魚(yú)骨圖，先進(jìn)行需求分析，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，再進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，最后再進(jìn)行制作。硬件測(cè)試主要考量原理圖設(shè)計(jì)是否合理，系統(tǒng)測(cè)試能看出是否完全滿足了需求的功能。接下來(lái)將拆分每一個(gè)步驟進(jìn)行介紹。

1、需求分析

重要性

需求分析是整個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，無(wú)論后續(xù)的制作多么的神乎其神，如果沒(méi)有符合用戶需求，那一切都是無(wú)用功。

如何分析

市場(chǎng)調(diào)研

定義調(diào)研目標(biāo)：明確產(chǎn)品需求分析的目的，例如了解市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況、研究用戶需求等。

收集數(shù)據(jù)：采用多種途徑收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括市場(chǎng)報(bào)告、行業(yè)數(shù)據(jù)、專家訪談、用戶調(diào)研等。

分析數(shù)據(jù)：對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)趨勢(shì)、行業(yè)痛點(diǎn)和用戶需求。

需求定義

定義產(chǎn)品范圍：明確產(chǎn)品的定位和功能，確定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的范圍和目標(biāo)。

寫(xiě)需求文檔：撰寫(xiě)需求文檔，包括產(chǎn)品描述、用戶場(chǎng)景、功能需求、非功能需求等。

需求評(píng)審：組織相關(guān)人員對(duì)需求文檔進(jìn)行評(píng)審和討論，確保需求的準(zhǔn)確性和完整性。

需求分解

功能分解：將產(chǎn)品需求按照不同的功能模塊進(jìn)行拆解和歸類。

任務(wù)分解：將功能拆解為具體的任務(wù)和子任務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)分配和優(yōu)先級(jí)排序。

技術(shù)評(píng)估：評(píng)估各項(xiàng)任務(wù)對(duì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的要求和挑戰(zhàn)，確定可行性和優(yōu)化方案。

需求優(yōu)先級(jí)排序：根據(jù)市場(chǎng)需求和用戶價(jià)值，為各項(xiàng)需求確定優(yōu)先級(jí)，確定首要解決的需求。

2、原理圖設(shè)計(jì)

使用checklist

當(dāng)我們選定好芯片后，首先需要充分了解芯片

用checklist可以帶來(lái)很多幫助，電路設(shè)計(jì)涉及許多細(xì)節(jié)，包括電路設(shè)計(jì)的基本原理、元件選型、布線規(guī)則等。一個(gè)詳細(xì)的checklist可以幫助設(shè)計(jì)師確保每一步都已經(jīng)被仔細(xì)檢查和測(cè)試，沒(méi)有遺漏任何關(guān)鍵步驟，并且設(shè)計(jì)師可以更快地識(shí)別和糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，而不是在后期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再返回修改，這樣可以大大提高工作效率。

checklist通常包含行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以確保電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量，同時(shí)可以識(shí)別并預(yù)防一些可能的EMC問(wèn)題、過(guò)熱問(wèn)題等。而如果是團(tuán)隊(duì)協(xié)作設(shè)計(jì)，使用統(tǒng)一的checklist可以確保所有成員都遵循相同的設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)，從而提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作的效率和設(shè)計(jì)的一致性。

部分檢查項(xiàng)目

3、Layout

定義：Layout，也稱為PCB布局，是指在PCB上合理地?cái)[放和安排電子元件，以及設(shè)計(jì)這些元件之間的連線，以確保電路的功能和性能得以實(shí)現(xiàn)。

步驟

明確硬件總體需求：了解電路板的尺寸、元件數(shù)量、接口類型等要求。

繪制原理圖和單板功能框圖：根據(jù)需求繪制電路原理圖，并劃分功能模塊。

確定板框大小：在PCB設(shè)計(jì)軟件中設(shè)定板框大小，以限制布線區(qū)域。

元器件布局：根據(jù)“先大后小，先難后易”的原則，優(yōu)先布局重要的單元電路和核心元器件。同時(shí)，要參考原理框圖，根據(jù)主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件。布局應(yīng)便于調(diào)試和維修，小元件周?chē)粦?yīng)放置大元件，需調(diào)試的元、器件周?chē)凶銐虻目臻g。

布線：在元器件布局完成后，進(jìn)行布線設(shè)計(jì)。布線應(yīng)遵循以下原則：總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短；高電壓、大電流信號(hào)與小電流、低電壓的弱信號(hào)完全分開(kāi)；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開(kāi)；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開(kāi)。此外，去耦電容的布局應(yīng)盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。

電氣規(guī)則檢查（ERC）：在布線完成后，進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，以確保電路設(shè)計(jì)符合電氣規(guī)則，避免潛在的錯(cuò)誤。

4、測(cè)試

明確測(cè)試方向

首先確定硬件的穩(wěn)定性、性能、功能的完整性等方面的測(cè)試目標(biāo)。再界定測(cè)試的具體內(nèi)容，如功能測(cè)試、性能測(cè)試、兼容性測(cè)試等。

其次是分析硬件的功能需求，確保測(cè)試能覆蓋所有功能點(diǎn)。確定硬件的性能要求，如響應(yīng)時(shí)間、傳輸速率，最后再對(duì)硬件可靠性進(jìn)行測(cè)試，確定測(cè)試的目標(biāo)和相關(guān)指標(biāo)。

測(cè)試方式

1、依照設(shè)計(jì)流程，執(zhí)行自我檢查步驟。

2、利用自己或公司以往總結(jié)的核查清單，對(duì)常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行篩查。

3、對(duì)照參考設(shè)計(jì)圖和官方提供的核查項(xiàng)目，開(kāi)展有針對(duì)性的問(wèn)題查找。

4、完成上述步驟后，通過(guò)其他人共同進(jìn)行評(píng)估，作為最終的全面檢查環(huán)節(jié)。

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