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時光飛逝，離俺最初畫第一塊電路已有2年。剛剛開始接觸電路板的時候，與大家一樣，充滿了疑惑同時又帶著些興奮。 在網上許多關于硬件電路的經驗、知識讓人目不暇接。像信號完整性、EMI、PS設計準會把你搞暈。 一個硬件工程師到底需要做什么，讀完這篇文章，相信你就懂了。 其實搞硬件主要體現在這幾方面，這是我自己的一點總結，供大家參考： 1）總體思路。設計硬件電路，大的框架和架構要搞清楚，但要做到這一點還真不容易。有些大框架也許自己的老板、老師已經想好，自己只是把思路具體實現;但也有些要自己設計框架的，那就要搞清楚要實現什么功能，然后找找有否能實現同樣或相似功能的參考電路板。 2）理解電路。如果你找到了的參考設計，那么恭喜你，你可以節約很多時間了（包括前期設計和后期調試）。馬上就copy？NO，還是先看懂理解了再說，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設計中的錯誤。 3）沒有找到參考設計？沒關系。先確定大IC芯片，找datasheet，看其關鍵參數是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關鍵參數，以及能否看懂這些關鍵參數，都是硬件工程師的能力的體現，這也需要長期地慢慢地積累。這期間，要善于提問，因為自己不懂的東西，別人往往一句話就能點醒你，尤其是硬件設計。 4）硬件電路設計主要是三個部分，原理圖、pcb 、物料清單（BOM）表。原理圖設計就是將前面的思路轉化為電路原理圖。 pcb涉及到實際的電路板，它根據原理圖轉化而來的網表（網表是溝通原理圖和pcb之間的橋梁），而將具體的元器件的封裝放置在電路板上，然后根據飛線連接其電信號。完成了pcb布局布線后，要用到哪些元器件應該有所歸納，所以我們將用到BOM表。 5）用什么工具？Protel，也就是altium容易上手，在國內也比較流行，應付一般的工作已經足夠，適合初入門的設計者使用。 補充一下，其實無論用簡單的protel或者復雜的cadence工具，硬件設計大環節是一樣的（protel上的操作類似windwos，是post-command型的;而cadence的產品concept & allegro是pre-command型的，用慣了protel，突然轉向cadence的工具，會不習慣就是這個原因）。 設計大環節都要有： 1）原理圖設計。 2）pcb設計。 3）制作BOM表。 現在簡要談一下設計流程（步驟）： 1）原理圖庫建立。要將一個新元件擺放在原理圖上，我們必須得建立改元件的庫。應搞清楚icbody，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等區別。 2）有了充足的庫之后，就可以在原理圖上畫圖了，按照datasheet和系統設計的要求，通過wire把相關元件連接起來。 3）做完這一步，我們就可以生成netlist了，這個netlist是原理圖與pcb之間的橋梁。 4）得到netlist，馬上畫pcb？別急，先做ERC先。ERC是電氣規則檢查的縮寫。它能對一些原理圖基本的設計錯誤進行排查，如多個output接在一起等問題。 5）從netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和數不清的飛線是不是讓你嚇了一跳？呵呵，別急還得慢慢來。 6）確定板框大小。在keepout區（或mechanic區）畫個板框，這將限制了你布線的區域。需要根據需求好考慮板長，板寬（有時，還得考慮板厚）。 確定完板框之后，就該元件布局（擺放）了，布局這步極為關鍵。它往往決定了后期布線的難易。哪些元器件該擺正面，哪些元件該擺背面，都要有所考量。 但是這些都是一個仁者見仁，智者見智的問題;從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣。其實自己畫了原理圖，明白所有元件功能，自然對元件擺放有清楚的認識（如果讓一個不是畫原理圖的人來擺放元件，其結果往往會讓你大吃一驚^_^）。對于初入門的，注意模擬元件，數字元件的隔離，以及機械位置的擺放，同時注意電源的拓撲就可以了。 接下來就是布線。這與布局往往是互動的。有經驗的人往往在開始就能看出哪些地方能布線成功。用DRC檢查檢查先，這是一定要檢查的。DRC對于布線完成覆蓋率以及規則違反的地方都會有所標注，按照這個再一一的排查，修正。 結下來，要裝配pcb，準備bom表吧，一般能直接從原理圖中導出。但是需要注意的是，原理圖中哪些部分元件該上，哪些部分元件不該上，要做到心理有數。對于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便。 而對于新手而言，第一個版本，不建議直接交給裝配工廠或焊接工廠將bom的料全部焊上，這樣不便于排查問題。最好的方法就是，根據bom表自己準備好元件。等到板來了之后，一步步上元件、調試。 談談調試 1）拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供電看功能，硬件調試不可能一步調試完成的。先拿萬用表看看關鍵網絡是否有不正常，主要是看電源與地之間有否短路（盡管生產廠商已經幫你做過測試，這一步還是要自己親自看看，有時候看起來某些步驟挺繁瑣，但是可以節約你后面不少時間！），其實短路與否不光pcb有關，在生產制作的任何一個環節可能導致這個問題，IO短路一般不會造成災難性的后果，但是電源短路就。 2）電源網絡沒短路？那么好，那就看看電源輸出是否是自己理想的值，對于初學者，調試的時候最好IC一件件芯片上，第一個要上的就是電源芯片。 3）電源網絡短路了？這個比較麻煩，不過要仔細看看自己原理圖是否有可能這樣的情況，同時結合割線的方法一步步排查倒底是什么地方短路了，是pcb的問題（一般比較爛的pcb廠就可能出現這種情況），還是裝配的問題，還是自己設計的問題。關于檢查短路還有一些技巧，這在今后登出。 4）電源芯片沒有輸出？檢查檢查你的電源芯片輸入是否正常吧，還需要檢查的地方有使能信號，分壓電阻，反饋網絡。 5） 電源芯片輸出值不在預料范圍？如果超過很離譜，比如到了10%，那么看看分壓電阻先，這兩個分壓電阻一般要用1%的精度，這個你做到了沒有，同時看看反饋網絡吧，這也會影響你的輸出電源的范圍。 6）電源輸出正常了，別高興，如果有條件的話，拿示波器看看吧，看看電源的輸出跳變是否正常。也就是抓取開電的瞬間，看看電源從無到有的情況（至于為什么要看著個，嘿嘿。。.專業人士還是要看的～） 另外，提醒大家的是，高速看的是信號沿，不是時鐘頻率。 1） 一般而言，時鐘頻率高的，其信號上升沿快，因此一般我們把它們當成高速信號;但反過來不一定成立，時鐘頻率低的，如果信號上升沿依然快的，一樣要把它當成高速信號來處理。 根據信號理論，信號上升沿包含了高頻信息（用傅立葉變換，可以找出定量表達式），因此，一旦信號上升沿很陡，我們應該按高速信號來處理，設計不好，很可能出現上升沿過于緩慢，有過沖，下沖，振鈴的現象。比如，I2C信號，在超快速模式下，時鐘頻率為1MHz，但是其規范要求上升時間或下降時間不超過120ns！確實有很多板I2C就過不了關！ 2）因此，我們更應該關注的是信號帶寬。根據經驗公式，帶寬與上升時間（10%~90%）的關系。 如果您需要了解更多知識，請點擊www.jiepei.com/G588 |
