硬件电路设计思路形成,少走弯路、损失越少
电路一点通 2025-06-04

硬件电路是电子产品实现功能的物理载体,电子产品的功能都是依靠硬件电路实现的。但是当前很多公司对硬件的重视程度往往不够,究其原因因为硬件设计的投入很大,光仪器设备一项的投入,都让很多公司望而却步。导致很多公司玩不起,不想玩。导致很多硬件工程师往往从事硬件助理的工作,遇到问题改一改,试一下。很难形成系统性的工作思路和工作流程。很少从源头上对问题就形成闭环处理。硬件问题发现的越早,影响越小,带来的损失越小。


一、 硬件电路设计之需求分析

公司在进行项目立项之前,都会对产品进行定位,明确产品需要实现什么功能。通常会有一个功能列表,然后进行需求细化。最后会形成一个需求分析列表,组织项目开工会,然后分发给对应的硬件、软件、机构、测试等部门。


硬件工程师拿到需求列表之后,首先需要明确哪些功能是需要硬件实现。哪些软件可以实现,硬件也可以实现,这个时候需要和软件部门明确清楚,谁来实现这些功能。其次对需要硬件实现的功能再次进行需求细化,细化到具体那些电路来实现对应的功能。需求分析与细化是硬件电路设计的方向,所有硬件电路都是基于这些需求来进行设计。需求分析也是对硬件方案选型进行明确。


二、硬件电路设计之方案选型

我们在产品功能实现的时候会发现,可以使用A方案,也可以使用B方案,遇到这样的问题该怎么处理呢?如下几点建议供大家参考。


1、 对比成本差异:

产品都是需要盈利的,在硬件设计的时候内心始终要有成本意识,成本是决定产品是否可以成功的重要因素之一,成本便宜可以大大增加产品的竞争力。这里的成本包含几个方面,


  • 1)是物料本身的成本。

  • 2)是研发成本。

  • 3)使用该方案周围配套电路等综合性成本。

  • 4)加工成本等


2、 对比方案成熟度:

方案选型的时候,往往会出现A方案已经成熟应用,B方案是新方案,刚刚推向市场,没有经过市场检验。这个时候需要慎重考虑。如项目进度比较急,建议使用成熟方案。如果项目有预演时间建议选择新方案,新方案往往有成本优势,或性能有很大的提升。作为技术储备或Plan B非常有必要。


3、 对比方案的性能优势:

方案选型出现AB两种方案的时候,两种方案的性能上的往往有差异的。这时候需要清楚自己关注的性能是哪些。比如对于音频方案的选型,我们最关注它的声音还原度、回音抵消、降噪处理等重要的性能指标等。比如对sensor的选型,我们关注的是像素、接口、视角等关键指标。


4、方案供应商的支持力度:

对于需要依赖供应商支持的方案,选择的时候要关注与供应商的配合度等。


方案选型对于产品的性能质量有很大影响,方案选型是硬件设计的关键之一。对于全新功能的产品,产品方案选型可以参考市场上同类功能产品样机。这样可以省去很多时间,又可以比较精准的找到对应成熟的方案。


三、硬件电路设计之设计框图


硬件设计框图在硬件电路设计中是非常重要的一个环节,很多硬件工程师在设计的时候往往忽略这一点,导致产品的设计出现功能性缺失,性能指标不达标,产品可靠性差等问题。硬件设计框图是整理电路逻辑绝佳的方法。通过硬件设计框图,可以详细分析产品的逻辑、信号的逻辑流向、功能板的对接等。


硬件设计框图设计对于复杂的项目至关重要。通过硬件框图的评审可以check产品功能是否有缺失、信号流向是否正确、逻辑选择是否正确。同时也为原理图设计打下设计稿,在原理图设计时候做到心里有数,不盲目。

下图是IPC板子设计框图供参考。在这里插入图片描述


硬件框图设计还包含电源树设计,这个是电路中隐形的框图,很多问题都是因为电源的设计余量不够导致电源异常,电源设计需要自下而上进行设计。首先要了解电路中各个模块的需要电源情况,然后汇总,最后进行整体设计。如下图表HISI方案IPC板子电源树设计。在这里插入图片描述

四、硬件电路设计之原理图&PCB设计

原理图设计是硬件设计的关键,原理图的正确性是产品成功的关键,也是减少调试和改板的关键。那么原理图要怎样保证正确呢?建议大家从以下几点入手:


1、 原理图绘制规范性

对新器件在开始画symbol的时候,建议要根据应用电路进行绘制symbol,不建议按照PIN脚序进行排列,在绘制的时候建议按照symbol中各个模块进行分类,这样在绘制原理图的时候才能够做到信号流向清晰。


绘制原理图时,建议做到紧耦合,一个功能模块的原理图尽量放置在一页,并做好原理图模块的文字说明。连接器接口尽量使用文字进行功能描述。

2、 原理图网络命名规范性

原理图信号网络命名需要规范,比如电源模块请表示出电源电压。控制信号请标出信号流向等等,如下表供参考。


3、 原理图自检和互检

绘制完成原理图之后首先要自检:主要从这个几个方面进行自检:


1)网络连通性检查,检查是否有单点网络,网络漏连等问题。

2)电路设计裕量是否满足设计要求,如电阻电容电感的通流耐压是否满足条件。

3)设计规范性检查即网络命名是否规范,信号流向标记方向是否正确。

4)一些低级性错误,比如网络连接错误,没有连接上,漏器件等。


原理图互检:请其他工程师帮忙检视,因为每个人的思维都有局限性,通过他人互检可以发现自己发现不了的问题,还能够发现自己的认知错误。


原理图的正确性主要依靠绘制者,责任主体也是绘制者。这里分享一个我认为比较好经验,就是对原理图反复的检视,自己检视三遍以上,很多时候能发现很多错误或不规范的设计。书读百遍其意自现和这个是一个道理。


五、硬件电路设计之硬件电路知识储备

硬件设计的基础就是硬件电路的知识储备,没有硬件知识的储备所有的硬件电路设计都是空中楼阁。那么怎样提升自己的硬件知识储备呢?以下和大家分享几点:


1、 通过阅读相关硬件设计的书籍

2、 做好问题案例分析

在实际的硬件调试过程中,对于典型问题,在问题解决后,建议形成案例文档。这个过程中不仅可以整理分析问题的思路,将实际问题与理论相结合。而且可以在后面的硬件工作对照案例进行check防止类似问题再次出现。从而全面提升自己硬件设计能力。


3、仔细阅读器件手册

器件手册对器件功能指标和如何使用都会做出详细的说明,通过器件手册不仅可以学到如何使用器件,理解器件性能。还可以做到触类旁通,理解同类的器件使用和注意事项。


六、总结


做硬件多年总结出来几点心得,给大家分享一下。

1、 战战兢兢,如履薄冰

2、 规范设计,可以减少很多低级错误

3、 硬件设计不是高精尖的核武器设计,可以通过努力学习,规范设计短期内提升。

4、硬件设计的核心是可靠性。


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