硬件電路設(shè)計(jì)規(guī)范參考模板

1、硬件電路板設(shè)計(jì)規(guī)范制定此規(guī)范的目的和出發(fā)點(diǎn)是為了培養(yǎng)硬件開(kāi)發(fā)人員嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)和嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作態(tài)度，增強(qiáng)硬件開(kāi)發(fā)人員的責(zé)任感和使命感，提高工作效率和開(kāi)發(fā)成功率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。1、 深入理解設(shè)計(jì)需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標(biāo)要求；2、 根據(jù)功能和性能需求制定總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)CPU等主芯片進(jìn)行選型，CPU選型有以下幾點(diǎn)要求：1） 容易采購(gòu)，性?xún)r(jià)比高；2） 容易開(kāi)發(fā)：體現(xiàn)在硬件調(diào)試工具種類(lèi)多，參考設(shè)計(jì)多，軟件資源豐富，成功案例多；3） 可擴(kuò)展性好；3、 針對(duì)已經(jīng)選定的CPU芯片，選擇一個(gè)與我們需求比較接近的成功參考設(shè)計(jì)。一般CPU生產(chǎn)商或他們的合作方都會(huì)對(duì)每款CPU芯片做若干開(kāi)發(fā)

2、板進(jìn)行驗(yàn)證，廠(chǎng)家最后公開(kāi)給用戶(hù)的參考設(shè)計(jì)圖雖說(shuō)不是產(chǎn)品級(jí)的東西，也應(yīng)該是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證的，否則也會(huì)影響到他們的芯片推廣應(yīng)用，縱然參考設(shè)計(jì)的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連接使用方法也絕對(duì)是值得我們信賴(lài)的，當(dāng)然如果萬(wàn)一出現(xiàn)多個(gè)參考設(shè)計(jì)某些管腳連接方式不同，可以細(xì)讀CPU芯片手冊(cè)和勘誤表，或者找廠(chǎng)商確認(rèn)；另外在設(shè)計(jì)之前，最好我們能外借或者購(gòu)買(mǎi)一塊選定的參考板進(jìn)行軟件驗(yàn)證，如果沒(méi)問(wèn)題那么硬件參考設(shè)計(jì)也是可以信賴(lài)的；但要注意一點(diǎn)，現(xiàn)在很多CPU都有若干種啟動(dòng)模式，我們要選一種最適合的啟動(dòng)模式，或者做成兼容設(shè)計(jì)；2 / 84、 根據(jù)需求對(duì)外設(shè)功能模塊進(jìn)行元器件選型，元器件選型應(yīng)該遵守以下原則：1

3、） 普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗(yàn)證過(guò)的盡量少使用冷、偏芯片，減少風(fēng)險(xiǎn)；2） 高性?xún)r(jià)比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價(jià)格比較好的元器件，減少成本；3） 采購(gòu)方便原則：盡量選擇容易買(mǎi)到，供貨周期短的元器件；4） 持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)停產(chǎn)的元器件；5） 可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類(lèi)比較多的元器件；6） 向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過(guò)的元器件；7） 資源節(jié)約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳；5、 對(duì)選定的CPU參考設(shè)計(jì)原理圖外圍電路進(jìn)行修改，修改時(shí)對(duì)于每個(gè)功能模塊都要找至少3個(gè)相同外圍芯片的成功參考設(shè)計(jì)，如果找到的參考設(shè)

4、計(jì)連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設(shè)計(jì)，但即使只有一個(gè)參考設(shè)計(jì)與其他的不一樣，也不能簡(jiǎn)單地少數(shù)服從多數(shù)，而是要細(xì)讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯(lián)系芯片廠(chǎng)技術(shù)支持，最終確定科學(xué)、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設(shè)計(jì)；當(dāng)然，如果所采用的成功參考設(shè)計(jì)已經(jīng)是確定正確無(wú)誤的，則不一定要找全3個(gè)參考設(shè)計(jì)。這是整個(gè)原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的部分，我們必須做到以下幾點(diǎn)：1） 對(duì)于每個(gè)功能模塊要盡量找到更多的成功參考設(shè)計(jì)，越難的應(yīng)該越多，成功參考設(shè)計(jì)是“前人”的經(jīng)驗(yàn)和財(cái)富，我們理當(dāng)借鑒吸收。2） 要多向權(quán)威請(qǐng)教、學(xué)習(xí)，但不能迷信權(quán)威，因?yàn)槿巳硕加姓J(rèn)知誤差，很難保證對(duì)哪怕是最了

5、解的事物總能做出最科學(xué)的理解和判斷，開(kāi)發(fā)人員一定要在廣泛調(diào)查、學(xué)習(xí)和討論的基礎(chǔ)上做出最科學(xué)正確的決定；3） 如果是參考已有的老產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要留意老產(chǎn)品有哪些遺留問(wèn)題，這些遺留問(wèn)題與硬件哪些功能模塊相關(guān)，在設(shè)計(jì)這些相關(guān)模塊時(shí)要更加注意推敲，不能機(jī)械照抄原來(lái)設(shè)計(jì)。6、 硬件原理圖設(shè)計(jì)還應(yīng)該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然成功的參考設(shè)計(jì)中也體現(xiàn)了這些原則，但因?yàn)槲覀兛赡苁恰捌础背鰜?lái)的原理圖，所以我們還是要隨時(shí)根據(jù)這些原則來(lái)設(shè)計(jì)審查我們的原理圖，這些原則包括：1） 數(shù)字電源和模擬電源分割；2） 數(shù)字地和模擬地分割，單點(diǎn)接地，數(shù)字地可以直接接機(jī)殼地（大地），機(jī)殼必須接大地；3

6、） 保證系統(tǒng)各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線(xiàn)上的設(shè)備地址不能相同，等等；4） 閱讀系統(tǒng)中所有芯片的手冊(cè)（一般是設(shè)計(jì)參考手冊(cè)），看它們的未用輸入管腳是否需要做外部處理（比如上拉，下拉等），如果需要一定要做相應(yīng)處理，否則可能引起芯片內(nèi)部振蕩，導(dǎo)致芯片不能正常工作；5） 在不增加硬件設(shè)計(jì)難度的情況下盡量保證軟件開(kāi)發(fā)方便，或者以小的硬件設(shè)計(jì)難度來(lái)?yè)Q取更多方便、可靠、高效的軟件設(shè)計(jì)，這點(diǎn)需要硬件設(shè)計(jì)人員和軟件開(kāi)發(fā)人員多次討論，并最終獲得軟件開(kāi)發(fā)人員認(rèn)可。6） 功耗問(wèn)題。需要了解每顆IC的最大功耗，保證電源設(shè)計(jì)中的功耗需求，避免產(chǎn)品出來(lái)后電源無(wú)法驅(qū)動(dòng)電路。7） 產(chǎn)品散熱問(wèn)題，可以在功耗和發(fā)熱較大的

7、芯片增加散熱片或風(fēng)扇，產(chǎn)品機(jī)箱也要考慮這個(gè)問(wèn)題，不能把機(jī)箱做成保溫盒；還要考慮產(chǎn)品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動(dòng)暢通的位置，有利于熱量散發(fā)出去；8） 開(kāi)關(guān)電源要降低紋波可以從下面兩點(diǎn)著手：a）濾波電容。濾波電容的ESR（等效串聯(lián)電阻）和ESL（等效串聯(lián)電感）是非常重要的參數(shù)，越低越好，僅追求容量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，當(dāng)然在滿(mǎn)足足夠低的ESR和ESL的前提下，容量大些較好。開(kāi)關(guān)電源的濾波電容優(yōu)選X7R或X5R類(lèi)電容與鉭電解的組合，紋波稍放寬可用Y5V電容和瘦高外觀(guān)的鋁電解（低ESL型）配合。b）PCB設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)非常重要，開(kāi)關(guān)電源芯片的取樣及濾波回路的設(shè)計(jì)非常講究，PCB分布參

8、數(shù)會(huì)導(dǎo)致調(diào)整誤差或?yàn)V波效率變差，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致自激（一般在特定的負(fù)載強(qiáng)度下發(fā)生）。原則是取樣回路和濾波回路要盡量貼近開(kāi)關(guān)電源IC，PCB走線(xiàn)不可太長(zhǎng)、太細(xì)。c）為了避開(kāi)后面電路的影響，先調(diào)試電源電路?？梢酝ㄟ^(guò)低阻值大功率電阻將開(kāi)關(guān)電源輸出接入板內(nèi)。有時(shí)會(huì)選用磁珠，但是磁珠受功率影響，不建議采用，除非在滿(mǎn)足最大電流要求下又需要少許濾波功能時(shí)可采用。7、 網(wǎng)表校對(duì)。原理圖設(shè)計(jì)好后，要進(jìn)行網(wǎng)表校對(duì)，包括對(duì)原理圖中每個(gè)元器件的最終型號(hào)選定，封裝確認(rèn)，管腳連接的正確性復(fù)查。元件的型號(hào)要具有唯一性，方便采購(gòu)員采購(gòu)，避免出現(xiàn)采購(gòu)回來(lái)的元器件不是所需要的元件；不可出現(xiàn)不同位號(hào)上同一種元器件，不同的封裝。譬

9、如：C1，C2位號(hào)上都是0805封裝10uF、6.3V的電容，但是在原理圖里面卻是C1為0805，而C2為1206；8、 硬件原理圖設(shè)計(jì)完成之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照以上步驟和要求首先進(jìn)行自審，自審后要達(dá)到有95%以上把握和信心，然后再提交他人審核，其他審核人員同樣按照以上要求對(duì)原理圖進(jìn)行嚴(yán)格審查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行討論分析，分析解決過(guò)程同樣遵循以上原則、步驟；9、 原理圖審核通過(guò)后，開(kāi)始進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。1） pcb封裝庫(kù)的建立。根據(jù)原理圖中導(dǎo)出的網(wǎng)表，進(jìn)行庫(kù)的建立，封裝要完全與原理中一致（包括管腳序號(hào)定義，尺寸大小，方向標(biāo)識(shí)等信息）2） pcb布局。布局很重要，要充分考慮好外部接口的位置，元件

10、之間的相鄰疏遠(yuǎn)關(guān)系。好的布局不僅美觀(guān)，而且方便布線(xiàn)，可降低干擾。3） 布線(xiàn)。要充分了解每個(gè)信號(hào)線(xiàn)的特性，從而采用合適的線(xiàn)寬線(xiàn)距，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。比如電源信號(hào)線(xiàn)需要根據(jù)功耗加大布線(xiàn)面積；差分信號(hào)對(duì)需要并行走線(xiàn)并等長(zhǎng)；地址線(xiàn)組，數(shù)據(jù)線(xiàn)組需要等長(zhǎng)；時(shí)鐘線(xiàn)上盡量不要有過(guò)孔等等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否合理可直接影響著產(chǎn)品的成功與否，一般，在幾MHz低速情況下，我們采用菊花鏈?zhǔn)降耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，而在高速情況下則采用星型對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。10、只要開(kāi)發(fā)和審核人員都能夠嚴(yán)格按以上要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和審查，我們就有理由相信，所有硬件開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出的電路板一版成功率都會(huì)很高的，所以提出以下幾點(diǎn)：1） 設(shè)計(jì)人員自身應(yīng)該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設(shè)計(jì)即是審核，嚴(yán)格自審，