硬件开发流程及注意事项

电子产品开发流程1.功能描述2.功能框图3.方案确定4.原理图5.PCB设计6.元器件清单7.软件设计8.贴装工艺标准9.检验文件10.验收硬件开发1.元器件的选型2.PCB工艺、制作3.文件转换注意事项4.特种文件的选型及定制5.硬件检测方法软件开发1.软件功能框图2.CPU的选定3.程序编制4.程序调试5.程序检测开发过程注意事项1.方案定型2.硬件开发过程中节省的办法3.产品抗干扰技术开发实例1.噪音检测仪开发2.高频加热开发电子产品开发流程产品开发、设计、制作是一件繁杂的技术性很强的工作，应遵循一定的开发规律，按一定的步骤、流程去进行，相互链接各个环节的工作，才能取得良好的结果。1.功能描述当确定要开发某一个产品时，首先要知道该产品的全部功能，这部分工作应由提出开发要求的客户来做，由客户形成书面的《电子产品开发目标书》，这个文本将含有产品的全部要求，并作为产品研发全过程的指导性文件，最终产品的《验收标准》。《电子产品开发目标书》应包含以下部分的内容：a.产品的应用场所及全部功能：应用场所是非常重要的，应用场所环境的不同直接影响到产品的适用等级，有民用级、工业用级及军品用级等，不同等级所采用的方案、元器件的选择都有差别，将直接影响到成本及应用。产品的功能描述应尽量做到细致，不可错漏某些细小的地方，以免影响到开发的方案最终定稿。一般说来客户对产品的功能描述有一定的片面性，这就要求要有开发经验的工程师与客户进行良好的沟通，按产品功能分块来确定，并在沟通中形成较为详尽的客户要求，形成全面的开发思路基本确定开发所用电路及主体的元器件。b.产品的形观形状、尺寸：电子产品功能的实现方案不是唯一的，开发过程中应确定开发要求是高可靠性方案还是低成本方案，高可靠性方案成本较高但可靠性非常好，主要用于工业设备、医疗设备及军品；而低成本方案主要用于民用一般设备，可靠性、稳定性均可降低要求。产品的形观、尺寸确定后，即可以确定产品的大致方案，如果要求尺寸小，则可能采用ＳＭＴ元器件，ＰＣＢ的工艺要求会显著提高，从而使得产品的成本大幅度上升。c.产品的外部模具、连线电子产品的外部模具在总成本中约占５％——２０％，它对产品的美观、耐用产生深远的影响，作为电子产品功能实现的核心部分应与模具有良好的结构，这个工作一定由结构工程师与美术工程师配合解决。模具及出线应尽量从使用者角度、方便的角度、安全的角度出发予以解决。d.产品开发周期：应确定开发时间周期。时间周期应有一个总的开发周期，作为客户配合还应有细分的时间周期表，对开发周期的各个时间断有一个细分的时间表，以便于开发过程中的统筹安排。以上四个方面应通过沟通以书面的形式确定下来，作为技术档案，在产品开发完成后可订正为验收标准。2.功能框图在《电子产品开发目标是书》的基础上，由工程师把产品的功能按电路功能分块，形成《功能框图》，附件中有功能框图的文字说明，从而基本确定所用电路及主体芯片及型号，及主要元器件的ＰＤＦ文档和技术参数。3.方案确定根据开发目标及要求对功能框图的每个单列的图框予以确定电子设计的技术方案，形成对应于功能框图的分立原理图方案。4.原理图根据《功能框图》由电子工程师制定出可行的电路，先制出分立的对应于分立框图的原理图，再由分立的原理图有机连成整个《原理图》。在原理图中确定元器件的封装形式，形成属性网络，为ＰＣＢ设计做好准备。5.PCB设计根据《原理图》及外观模具的要求，对各个元器件的外形尺寸进行排布，形成基本的元器件排布图，经接有及模具工程师确认无误后，开展布线设计工作。ＰＣＢ设计中遵循《ＰＣＢ布线设计规则》，对客户及模具中有特殊要求的应遵循《ＰＣＢ制板工艺要求》。6.元器件清单对于一个全面的原理图，则可以自动生成对应的《元器件清单》。对应每一个元器件应包含有元件名称、规格、型号、封装形式、数量及品牌等参数以方便采购。7.软件设计同软件开发内容、最终形成软件《原文件》及《烧录文件》及对应烧录的《配置字文件》。8.贴装工艺标准当按ＰＣＢ文件及《ＰＣＢ制板工艺要求》制作完成，元器件按《元器件清单》采购检测完毕后，应按《贴装工艺标准》进行安装。有些产品应按环保标准粘贴，需要符合环抱标准得在《贴装工艺标准》中说明。9.检验文件依据产品功能要求及系列工艺标准形成《检验标准》文件。产品制作完成后根据标准文件进行检测、测试。10.验收依据《验收文件》验收合格后，入库由业务部送交客户。硬件开发流程及注意事项以下我将以一个实际的硬件设计项目为例，和大家一同探讨硬件开发的基本准则和思想，同时欢迎大家积极提出自己的问题和观点。充分了解各方的设计需求，确定合适的解决方案启动一个硬件开发项目，原始的推动力会来自于很多方面，比如市场的需要，基于整个系统架构的需要，应用软件部门的功能实现需要，提高系统某方面能力的需要等等，所以作为一个硬件系统的设计者，要主动的去了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最合适的硬件解决方案。比如A项目的原始推动力来自于公司内部的一个高层软件小组，他们在实际当中发现原有的处理器板IP转发能力不能满足要求，从而对于系统的配置和使用都会造成很大的不便，所以他们提出了对新硬件的需求。根据这个目标，硬件方案中就针对性的选用了两个高性能网络处理器，然后还需要深入的和软件设计者交流，以确定内存大小，内部结构，对外接口和调试接口的数量及类型等等细节，比如软件人员喜欢将控制信令通路和数据通路完全分开来，这样在确定内部数据走向的时候要慎重考虑。项目开始之初是需要召开很多的讨论会议的，应该尽量邀请所有相关部门来参与，好处有三个，第一可以充分了解大家的需要，以免在系统设计上遗漏重要的功能，第二是可以让各个部门了解这个项目的情况，提早做好时间和人员上协作的准备，第三是从感情方面讲，在设计之初各个部门就参与了进来，这个项目就变成了大家共同的一个心血结晶，会得到大家的呵护和良好合作，对完成工作是很有帮助的。原理图设计中要注意的问题原理图设计中要有“拿来主义”，现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原理图，所以要尽量的借助这些资源，在充分理解参考设计的基础上，做一些自己的发挥。当主要的芯片选定以后，最关键的外围设计包括了电源，时钟和芯片间的互连。电源是保证硬件系统正常工作的基础，设计中要详细的分析：系统能够提供的电源输入；单板需要产生的电源输出；各个电源需要提供的电流大小；电源电路效率；各个电源能够允许的波动范围；整个电源系统需要的上电顺序等等。比如A项目中的网络处理器需要1.25V作为核心电压，要求精度在＋5%-－3%之间，电流需要12A左右，根据这些要求，设计中采用5V的电源输入，利用Linear的开关电源控制器和IR的MOSFET搭建了合适的电源供应电路，精度要求决定了输出电容的ESR选择，并且为防止电流过大造成的电压跌落，加入了远端反馈的功能。时钟电路的实现要考虑到目标电路的抖动等要求，A项目中用到了GE的PHY器件，刚开始的时候使用一个内部带锁相环的零延时时钟分配芯片提供100MHz时钟，结果GE链路上出现了丢包，后来换成简单的时钟Buffer器件就解决了丢包问题，分析起来就是内部的锁相环引入了抖动。芯片之间的互连要保证数据的无误传输，在这方面，高速的差分信号线具有速率高，好布线，信号完整性好等特点，A项目中的多芯片间互连均采用了高速差分信号线，在调试和测试中没有出现问题。3PCB设计中要注意的问题PCB设计中要做到目的明确，对于重要的信号线要非常严格的要求布线的长度和处理地环路，而对于低速和不重要的信号线就可以放在稍低的布线优先级上。重要的部分包括：电源的分割；内存的时钟线，控制线和数据线的长度要求；高速差分线的布线等等。A项目中使用内存芯片实现了1G大小的DDRmemory，针对这个部分的布线是非常关键的，要考虑到控制线和地址线的拓扑分布，数据线和时钟线的长度差别控制等方面，在实现的过程中，根据芯片的数据手册和实际的工作频率可以得出具体的布线规则要求，比如同一组内的数据线长度相差不能超过多少个mil，每个通路之间的长度相差不能超过多少个mil等等。当这些要求确定后就可以明确要求PCB设计人员来实现了，如果设计中所有的重要布线要求都明确了，可以转换成整体的布线约束，利用CAD中的自动布线工具软件来实现PCB设计，这也是在高速PCB设计中的一个发展趋势。4检查和调试当准备调试一块板的时候，一定要先认真的做好目视检查，检查在焊接的过程中是否有可见的短路和管脚搭锡等故障，检查是否有元器件型号放置错误，第一脚放置错误，漏装配等问题，然后用万用表测量各个电源到地的电阻，以检查是否有短路，这个好习惯可以避免贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成功。5一些总结的话现在从技术的角度来说，每个设计最终都可以做出来，但是一个项目的成功与否，不仅仅取决于技术上的实现，还与完成的时间，产品的质量，团队的配合密切相关，所以良好的团队协作，透明坦诚的项目沟通，精细周密的研发安排，充裕的物料和人员安排，这样才能保证一个项目的成功。一个好的硬件工程师实际上就是一个项目经理，他/她需要从外界交流获取对自己设计的需求，然后汇总，分析成具体的硬件实现。还要跟众多的芯片和方案供应商联系，从中挑选出合适的方案，当原理图完成后，他/她要组织同事来进行配合评审和检查，还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时，还要准备好BOM清单，开始采购和准备物料，联系加工厂家完成板的贴装。在调试的过程中他/她要组织好软件工程师来一起攻关调试，配合测试工程师一起解决测试中发现的问题，等到产品推出到现场，如果出现问题，还需要做到及时的支持。所以做一个硬件设计人员要锻炼出良好的沟通能力，面对压力的调节能力，同一时间处理多个事务的协调和决断能力和良好平和的心态等等。还有细心和认真，因为硬件设计上的一个小疏忽往往就会造成非常大的经济损失，比如以前碰到一块板在PCB设计完备出制造文件的时候误操作造成了电源层和地层连在了一起，PCB板制造完毕后又没有检查直接上生产线贴装，到测试的时候才发现短路问题，但是元器件已经都焊接到板上了，结果造成了几十万的损失。所以细心和认真的检查，负责任的测试，不懈的学习和积累，才能使得一个硬件设计人员持续不断的进步，而后术业有所小成。（阅读次数：1783）硬件开发硬件开发在整个电子产品开发过程中有着重要的意义。随着材料技术的提高，芯片技术提高，芯片封装技术的提高，硬件开发过程中元器件的选择体现出越来越高的技术含量。选择不同轻则造成产品品质下降，重则使得无法工作。故在进行硬件开发过程中我们应特别重视元器件的选型及贴装。1.元器件的选型元器件的选型须遵循以下原则：1.）须有足够的富裕量：元器件的参数选择均需留有富裕量，从产品的稳定性来讲，富裕量越大越好；从产品的经济性来讲，富裕量越小越经济，故应找到一个合适的平衡点。2.）型号、封装：针对产品所处位置及模具的要求来确定文件的型号封装，而且元器的型号及封装形式又能直接影响到产品的生产工艺，有时甚至会带来干扰，严重影响产品的性能。3.）方便的采购渠道：元器件的采购渠道很多，但对于一些冷门元件，渠道较难保持畅通，而且因为采购成本高价格也会相对偏高，生产时备料周期延长，造成不必要的麻烦。故应有方便的采购渠道，保持畅通，合适的情况下还应有备选的采购供应商。4.)经济性：在充分考虑了以上情况下应尽可能提高经济性，以保证产品的竟争力。2.PCB工艺、制作在电子产品中，PCB所占价格成本约占1%-15%，但是它是电子产品的骨架，它的工艺制作有误则会带来难以分析及难以估量的损失。PCB生产工艺复杂，流程多，一般电子工程师难以熟悉PCB工艺及制作全过程。况且PCB工艺发展较快，新的工艺不断涌现，特种工艺特种制作使得PCB不断适用电子产品发展需要特别是铝基板、金属基板、厚铜技术、多层技术、阳抗控制技术发展，值得电子产品开发工程师认真注意。作为一