硬件电路设计规范通用资料.pptx

1、硬件硬件电电路板路板设计规设计规范范制定此规范的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的工作作风和严肃、认真的工作态度，增强硬件开发人员的责任感和使命感，提高工作 效率和开发成功率，保证产品质量。1、深入理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求；2、根据功能和性能需求制定总体设计方案，对 CPU 等主芯片进行选型，CPU选型有以下几点要求：1容易采购，性价比高；2容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多；3可扩展性好；3、针对已经选定的 CPU 芯片，选择一个与我们需求比较接近的成功参考设 计。一般 CPU 生产商或他们的合作方都会对每款 C

2、PU 芯片做若干开发板进行验证，厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西，也应该是经过严格验 证的，否则也会影响到他们的芯片推广应用，纵然参考设计的外围电路有可推敲 的地方，CPU 本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的，当然如果万一 出现多个参考设计某些管脚连接方式不同，可以细读 CPU 芯片手册和勘误表，或 者找厂商确认；另外在设计之前，最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证，如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的；但要注意一点，现在很多 CPU 都有若干种启动模式，我们要选一种最适合的启动模式，或者做成兼 容设计；4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型，元

3、器件选型应该遵守以下原 则：1普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯 片，减少风险；2高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格 比较好的元器件，减少成本；3采购方便原则：尽量选择容易买到，供货周期短的元器件；4持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件；5可替代原则：尽量选择 pin to pin 兼容种类比较多的元器件；6向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件；7资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚；5、对选定的 CPU 参考设计原理图外围电路进行修改，修改时对于每个功能 模块都要找至少 3 个相同外围芯片的成功参考设计

4、，如果找到的参考设计连接方 法都是完全一样的，那么基本可以放心参照设计，但即使只有一个参考设计与其 他的不一样，也不能简单地少数服从多数，而是要细读芯片数据手册，深入理解 那些管脚含义，多方讨论，联系芯片厂技术支持，最终确定科学、正确的连接方 式，如果仍有疑义，可以做兼容设计；当然，如果所采用的成功参考设计已经是确定正确无误的，则不一定要找全 3 个参考设计。这是整个原理图设计过程中最关键的部分，我们必须做到以下几点：1对于每个功能模块要尽量找到更多的成功参考设计，越难的应该越多，成功参考设计是“前人”的经验和财富，我们理当借鉴吸收。2要多向权威请教、学习，但不能迷信权威，因为人人都有认知误差

5、，很 难保证对哪怕是最了解的事物总能做出最科学的理解和判断，开发人员一定要在 广泛调查、学习和讨论的基础上做出最科学正确的决定；3如果是参考已有的老产品设计，设计中要留意老产品有哪些遗留问题，这些遗留问题与硬件哪些功能模块相关，在设计这些相关模块时要更加注意推敲，不能机械照抄原来设计。6、硬件原理图设计还应该遵守一些基本原则，这些基本原则要贯彻到整个 设计过程，虽然成功的参考设计中也体现了这些原则，但因为我们可能是“拼”出来的原理图，所以我们还是要随时根据这些原则来设计审查我们的原理图，这 些原则包括：1数字电源和模拟电源分割；2数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接接机壳地（大地），机

6、壳必须接大地；3保证系统各模块资源不能冲突，例如：同一 I2C 总线上的设备地址不能 相同，等等；4阅读系统中所有芯片的手册（一般是设计参考手册），看它们的未用输入管脚是否需要做外部处理（比如上拉，下拉等），如果需要一定要做相应处理，否则可能引起芯片内部振荡，导致芯片不能正常工作；5在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便，或者以小的硬 件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计，这点需要硬件设计人员和 软件开发人员多次讨论，并最终获得软件开发人员认可。6功耗问题。需要了解每颗 IC 的最大功耗，保证电源设计中的功耗需求，避免产品出来后电源无法驱动电路。7产品散热问题，可以在功耗和

7、发热较大的芯片增加散热片或风扇，产品 机箱也要考虑这个问题，不能把机箱做成保温盒；还要考虑产品的安放位置，最 好是放在空间比较大，空气流动畅通的位置，有利于热量散发出去；8开关电源要降低纹波可以从下面两点着手：a.滤波电容。滤波电容的 ESR（等效串联电阻）和 ESL（等效串联电感）是非常重要的参数，越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满足足够低的 ESR 和 ESL 的前提下，容量大些较好。开关电源的滤波电容优选 X7R 或 X5R 类电 容与钽电解的组合，纹波稍放宽可用 Y5V 电容和瘦高外观的铝电解（低 ESL 型）配合。b.PCB 设计。开关电源的 PCB 设计非常重要，开关电源芯

8、片的取样及滤波 回路的设计非常讲究，PCB 分布参数会导致调整误差或滤波效率变差，严重时甚 至可能导致自激（一般在特定的负载强度下发生）。原则是取样回路和滤波回路 要尽量贴近开关电源 IC，PCB 走线不可太长、太细。c）为了避开后面电路的影响，先调试电源电路。可以通过低阻值大功率电阻将开关电源输出接入板内。有时会选用磁珠，但是磁珠受功率影响，不建议采用，除非在满足最大电流要求下又需要少许滤波功能时可采用。7、网表校对。原理图设计好后，要进行网表校对，包括对原理图中每个元 器件的最终型号选定，封装确认，管脚连接的正确性复查。元件的型号要具有唯 一性，方便采购员采购，避免出现采购回来的元器件不是

9、所需要的元件；不可出 现不同位号上同一种元器件，不同的封装。譬如：C1，C2 位号上都是 0805 封装 10uF、6.3V 的电容，但是在原理图里面却是 C1 为 0805，而 C2 为 1206；8、硬件原理图设计完成之后，设计人员应该按照以上步骤和要求首先进行 自审，自审后要达到有 95%以上把握和信心，然后再提交他人审核，其他审核人 员同样按照以上要求对原理图进行严格审查，如发现问题要及时进行讨论分析，分析解决过程同样遵循以上原则、步骤；9、原理图审核通过后，开始进行 PCB 设计。1pcb 封装库的建立。根据原理图中导出的网表，进行库的建立，封装要完 全与原理中一致（包括管脚序号定义

10、，尺寸大小，方向标识等信息）2pcb 布局。布局很重要，要充分考虑好外部接口的位置，元件之间的相邻 疏远关系。好的布局不仅美观，而且方便布线，可降低干扰。3布线。要充分了解每个信号线的特性，从而采用合适的线宽线距，拓扑 结构。比如电源信号线需要根据功耗加大布线面积；差分信号对需要并行走线并 等长；地址线组，数据线组需要等长；时钟线上尽量不要有过孔等等。拓扑结构是否合理可直接影响着产品的成功与否，一般，在几 MHz 低速情况下，我们采用菊花链式的拓扑结构，而在高速情况下则采用星型对称结构。10、只要开发和审核人员都能够严格按以上要求进行电路设计和审查，我们就有理由相信，所有硬件开发人员设计出的电路板一版成功率都会很高的，所以 提出以下几点：1设计人员自身应该保证原理图的正确性和可靠性，要做到设计即是审核，严格自审，不要把希望寄托在审核人员身上，设计出现的任何问题应由设计人员 自己承担，其他审核人员不负连带责任；2普通原理图设计，包括老产品升级修改，原则上要求原理图一版成功，最多两版封板；3对于功能复杂，疑点较多的全新设计，原则上要求原理图两版内成功，最多三版封板；4原理图封板标准为：电路板没有任何原理性飞线和其他处理点；