原创 温故知新-系统设计与框图

一个项目需求一般来源于两处：一是外部的客户需求；二是内部项目需求。

不管是外部客户需求还是内部需求，需求已经在这。

为了满足需求（需求无处不在），作为硬件研发工程师，需要将抽象的文字需求归纳总结成硬件电子领域描述的功能与性能。根据功能与性能选择关键器件，给出关键信号流与控制流，绘制出系统框图。系统框图可以让我们评估整个系统的设计是否合理可行。进而给出电源规划，电源规划需要考虑电压精度，电流大小，负载波动等问题。系统框图与关键器件选型是并行进行的，关键器件的选型至少需要两个厂家的器件，三四家供方更好。硬件工程师在元器件选型中要考虑价格，生产供货周期，量产截止时间，有没有潜在性问题，这些最好与供应商的FAE或销售进行询问。总结一句，系统方案设计与需求螺旋式上升关系，需要多论的会议讨论与细化，直到满足需求为止。

系统框图一般使用Visio绘制，简单的框图表示器件，一般如下图所示：

需要有清晰的信号流与控制流

电源规划如下图所示：大家可以根据自己喜好设计，风格比较自由，能说明问题和便于保存归档为准。

系统框图设计中比较重要的是关键器件选型，关键器件选定了，信号与控制也就基本定了。

根据自己的经验，在消费产品领域将关键器件分为如下几类，仅供参考。

1.   AP（Application Processor）

处理器是核心，一个方案要首先确定处理器的选择，处理器没有好坏之分，只有合适与不合适。一个简单的51或者STM32单片机也能在简单便宜的玩具上大量使用，使用带实时操作系统的高档处理器更容易实现功能与性能，不过这恐怕也就没有了性价比。硬件的终极目标是花最少的钱达到最优的功能与性能。

常用的处理器厂家：

高通:主要是手机，耳机类的处理器。靠专利挣了不少钱，经常被罚（人红是非多）。

Intel: 主要用在X86架构的PC领域，其他消费类领域存在感比较小，在AI领域在收购Movidius有Myraid 2/X等神经网路计算芯片。

博通:主要是做路由器交换机类产品的处理器，高端还是不错的。

MTK：中低端手机芯片，最近两年发力智能音箱电视类的处理器，收益不错。

Marvell：主要做网络设备处理器，刚刚把无线资产卖给NXP

Nivida：主要做GPU,现在随着AI的发展，开始由GPU切入AI，比如TX1,TX2,Xavier等处理器
RockChip ：主要做平板，电视盒子类的处理器。

Amlogic ：国内企业，相关业务也集中在路由器，电视盒子，平板领域。

All Winner ：与RockChip和Amlogic定位类似。

海思：这个不介绍了，快成网红了（小伙子，有钱途）。沙子即可以盖房子也可以造芯片，全在于科技水平。希望中国企业能学习华为的 ，也学习华为的多劳多得。

2.   DDR

当前消费类产品内存通常选用DDR3,DDR4(手机旗舰机中标配)。DDR的选择主要考虑容量，容量关系价格。

常用厂家：三星，海力士，南亚，ISSI，镁光,ESMT

3.   Flash

选择的话主要看容量需求，根据需求选择。

常用厂家：三星，镁光，旺宏，华邦，ISSI，东芝，ESMT

4.   电源IC

消费类产品电源IC主要分为LDO与DC-DC。PMU与PMIC主要构成也是LDO与DC-DC。电源是板子的心脏，电源规划要做到清晰条理。

5.   WIFI/BT

WIFI/BT可以使用芯片方案或模组方案。芯片方案需要自己做芯片程序开发。模组方案不需要开发芯片程序，已经做好。WIFI/BT属于射频部分，大部分公司的测试由专门的射频工程师来做。非射频相关专业的硬件工程师要想在技术上有所成就，最好要熟悉射频相关的理论知识与实践方法，艺多不压身。

相关参数：

发送端：发射功率；EVM；峰值因子；频谱平坦度；

接收端：接收电平；接收灵敏度；

6.   Audio/PA

音频功放选择首先根据扬声器的功率选择。若扬声器功率很小，0.5W之类的，用在耳机上的一般是选择Codec。扬声器功率在2W以上，比如智能音箱的5W,10W扬声器，一般选择D类功放。发烧友追求音质可能会用A类，B类功放。功放选择还要根据需要，关注THD+N,SNR,DR,FR等参数。TI的功放是首选应用，在价格相差不大的情况下。此外还有新塘，韩国的一些品牌。这些电子厂家，个人最喜欢TI的数据规格书，做的比较容易阅读，堪比教材，很适合细读，尤其是它家的BOM列表，也是有非常好的参考价值。中国德州什么时候出个TI？

7.   ADC

分为并联型ADC,双积分型ADC,逐次逼近型ADC, Sigma-Delta ADC。

并联型速度快，缺点是需求电路器件多，电路庞大。

双积分速度慢，抗干扰。

逐次逼近型，速度比并联型慢一些，但是电路器件大幅度减少，应用最多。

音频ADC选用Sigma-Delta ADC，。音频相关参数有SNR,采样率，THD+N。

ADC选择要关注转换精度，转换位数，量化误差。

8.   MIC

麦克风是声-电信号转换器件。根据换能原理分为电动式，电容式，压电式，半导体式

一般可分为ECM MIC和MEMS MIC。ECM MIC价格低廉。相比ECM MIC,MEMS MIC，体积更小，一致性比较好，可以耐受SMT温度。当前智能音箱等设备的MIC阵列一般选用MEMS MIC。

MEMS MIC又分为AMIC和DMIC。AMIC价格相比DMIC便宜，但是需要ADC芯片。如何选取还要看所选取的主处理器接口。

相关参数有FR,THD,AOP,SNR，灵敏度。

9.   SPK

扬声器是电-声转换器件。

按照换能原理分为电动式，电容式，电磁式，压电式。

按照频率分为低频，中频，高频。

关注参数：FR,THD,THD+N,SNR,额定功率，最大不失真输出功率，阻抗，最低共振频率。

10. RF/PA

射频功放是手机电路中重要的器件。负责将调制后的信号放大到一定的功率，通过天线发射出去。详细内容放到专题中去描述展开。当前射频功放还是以国外厂家为绝对主力，Skworks, Qorvo,博通。

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