硬件设计流程

一个产品的开发过程是一件繁杂而又技术性很强的工作，而一个具备优良性能、稳定可靠的硬件平台是公司产品质量的基础及保证。因此硬件设计工作的流程，应该遵循一定的标准和规范，才能达到保证质量的要求。本文着重阐述硬件设计的规范流程。主要包括以下内容：硬件需求确认、硬件系统设计、原理图设计、PCB设计、样板联调及测试、项目评审及结案。

一、硬件需求确认

在开发一个产品之前，首先要确认该产品的硬件需求。这些信息通常客户会提供一个很详细的文档，由公司的商务部门将需求转达给开发部门。了解用户需求非常重要，因为后续的产品方案选择、开发计划、产品检验标准等信息都来自于此。这些信息包括：产品应用的目标市场；需要满足的所有功能和性能标准；产品的外观尺寸及模具、配件；产品需求时间。

二、硬件系统设计

硬件系统设计，包括整体解决方案的选择；产品模具外观的确认；项目计划制定。根据客户需求，如CPU的处理能力、存储容量及速度，功能及接口要求等信息选定合适的整体解决方案。并完成关键功能模块的设计方案选择，关键器件的选择及技术资料、技术渠道及技术支持，要充分考虑到技术可行性、可靠性及成本控制。关键器件的选型要遵循以下几个原则：

统一性：关键功能模块器件，在满足功能及性能要求的情况下，尽量选择公司内部其它方案使用过的模块器件，并尽量保证外围电路的统一。

通用性：尽量选择P in t o p in兼容种类比较多的元器件，以及在市场上被广泛应用和验证过的芯片，尽量避免选择冷门偏门芯片，以降低设计风险。

高性价比：同样是满足需求的情况下，尽量选择低成本的元器件。

方便采购：尽量选择方便采购，交货期短，并且没有停产计划的器件。模具的选择和设计应尽量从使用者角度出发，美观、耐用、安全、散热、成本等都是需要考虑的问题。这个工作需要由硬件工程师、结构工程师与美术工程师共同配合完成。一个切合实际且严谨的项目计划，是一个产品开发在时间和效率上的保障。项目计划既要考虑到可能出现的各种不确定因素，合理安排各阶段的时间进度，也要保证项目人员在开发过程中的工作效率，确保产品开发在客户要求的时间内，提前保质保量的完成。

三、原理图设计

原理图的设计是保证一个产品硬件逻辑上正确的根本。如果原理图设计有问题，轻则导致产品部分功能模块性能变差或者失效，重则导致系统不稳定甚至无法工作。原理图设计要注意的事项大概归纳如下：

原理图绘制时，尽量采用本公司标准元器件库封装，通用的功能模块设计尽量采用公司统一方案，标准化的原理图设计更便于管理和审核，便于采购和生产控制。

原理图设计的一般规则：根据目标市场，确定原理图对需要保护部分电路的防护等级。

电源系统：设计之初要详细分析板内各路电源需求的电流大小，精度要求，纹波控制，上电时序等。电源设计要有充足余量，否则容易造成电源芯片发热量过大，电源模块输出能力不够，系统不能正常运行等问题，还要注意数字电源和模拟电源的分离。

成本控制：一般来说，设计上冗余越大系统会越可靠，但成本也会越高；反之冗余越小成本会越低但可靠性也越差。第一版原理图可以预留较高的设计冗余，保证系统的稳定性，同时做一些兼容设计，以便后续调试过程中的降成本测试，最后达到一个最合适的冗余度，使产品性价比最优化。

审核：原理图设计完成后，需要发给芯片提供商审核，关键模块部分发给芯片商技术支持审核，公司内部也要组织严格的审核，特别是对新加的功能模块，仔细审核论证，以保证原理图的正确性。

编写设计文档：跟软件调试相关的1 0口连接方式，控制状态要求，连接总线设备地址等，方便后续软件调试。

BOM制作：导出元器件列表，按照公司BOM标准格式制作BOM清单，标明每种器件的编码、类型、详细描述、精度等级、封装尺寸、装配方式、单机用量、位号。完成后提交样板计划数量给相关人员核对库存，缺料提交请购。这部分工作应该提前进行，以免后续因为物料到货时间影响开发周期。

四、PCB设计

原理图完成后，导出网表，同步到P CB文件。PC B的封装还是尽量采用公司标准封装，新器件封装要仔细阅读芯片手册。开始PCB绘制前，首先要保证所有元器件封装的正确性。

1、PCB设计的一般步骤和注意事项

根据选定的模具，确认主板尺寸，跟模具组装相关的所有接插件位置、高度限制、禁放器件区域等。

布局：布局的首要原则是保证布线的布通率，把某种功能模块的器件尽量摆放在一起，但是芯片之间的互连要注意哪些器件应该靠近哪个芯片放置；数字器件和模拟器件要分开，尽量远离；热敏器件远离发热器件放置；定位孔附近不要摆放器件和走线；去耦电容尽量靠近器件的V c C；摆放器件时要考虑后续调试和焊接，不要太密集；要考虑整板的美观。

2、布线的一般规则

时钟线及高速信号线：时钟线和高速信号线一般也容易是电磁辐射的干扰源，布线应特别注意。一般分为单端和差分。单端线一般要尽量短，地层或参考层尽量完整以减小回路，包地完整并多打地孔；差分线要求地层或参考层完整，等长等距。有阻抗要求的要计算好线宽线距，减少辐射。

重要信号线：注意包地处理、地层完整及阻抗控制。

电源线：根据各路电源电流大小的评估，可以设定各路电源走线的粗细，一般电源线尽量粗，电流越大，电源走线越粗。

地线：要尽量保证地平面的完整性，地线尽量粗。

设计检查及审核：P四设计完成后，使用工具自带的检查功能进行间距及连接性检查，保证间距和连接性无误，最后自查并优化后发给芯片提供商检查设计，重要模块发给相应的技术支持检查，公司内部也要按照标准流程逐项仔细审核。

样板文件输出及生产：PCB设计完成后，还要制作制板说明文件，包含板厚、板材、表面处理方式、字符、阻焊、板子尺寸及是否拼板、数量、阻抗等等信息，一般也会有公司的标准格式，以便印制板厂生产。同时提供BOM文件、坐标文件及丝印图等给贴片工厂进行样板的贴装和焊接。

五、样板联调及测试

1、样板联调

当硬件原理图设计好之后，将原理图设计文档提供给软件人员，以便提前开始针对自己的硬件设计修改软件。样板贴装完成后，交由软件人员进行最后的软件开发工作，在此期间，配合软件工作，进行必须的硬件调试，直至客户需求的所有功能全部打通后，由硬件工程师完成剩余的测试和确认工作。

2、样板测试

测试工作一般可分为功能测试、性能测试及调试、现场测试及客户确认、第三方认证测试。

以硬件需求确认文档为指导性文件，针对客户提出的需求，硬件工程师对所有要求的功能和性能要求进行详细的测试和确认，对于不达标的项目进行软硬件调试。客户未提出的性能指标，以国家相关标准和公司测试标准为依据。

硬件工程师测试和调试完成后，提交给公司内部测试，组做确认测试，以确认产品在实验室是否达到所有标准要求。由于目标市场环境可能存在的复杂性和特殊性，产品自测完成后，需要测试人员到目标市场现场进行实地多地点测试。同时与客户沟通，让客户对产品进行最终的确认。根据根据客户要求，需要第三方认证机构测试的，需要提供样机交由第三方认证机构做认证测试并给出认证报告。

六、项目评审及结案

由项目经理组织，参加人员包括公司技术总监、商务人员、软件主设计师、硬件主设计师、测试人员及相关资深技术人员等。以客户提供的技术需求为指导性评估标准，公司内部的各种设计标准、测试标准、审核标准为依据，对项目的各种设计文档、测试报告及客户反馈进行严谨细致的逐项审核，在保证产品完全满足客户需求的前提下，对产品设计的正确性、合理性、标准性、可靠性及性价比最优化进行评估和审核，确认该项目是否达到要求可以结案，并由参加项目审核的相关人员逐一签字确认。

评判一个项目是否成功，不仅仅是看一个设计是否在技术上满足了需求，还要看设计上是否合理，产品的质量是否过关，产品的成本是否控制得当，完成时间上是否满足需要。这就需要高效的团队协作，细致的需求分析，准确的方案选择，合理的项目计划，标准化的设计文档及严谨的项目审核，而一个完善的硬件设计流程恰恰可以使这些得以良好的串联，也是一个好的产品设计的保障。

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