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1、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 多方而，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，然后还需耍深入的和软件设 计者交流，以确定
2、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。2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
3、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；g 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I韦；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Line ar的开关电源控制器和IR的MOSFET搭建了合适
4、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。PCB设计中要注意的问题PCB设
5、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DDR memor y,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m订等等当这些要求确定后就可以 明确
6、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。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
7、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，产品的质暈，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
8、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，等到产品推岀到现场，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
9、问 题，但是元器件己经都焊接到板上了，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。相关文章：如何设计一个合适的电源对于现在一个电子系统来说，电源部分的设计也越 来越重要，我想通过和大家探讨一些自己关于电源设计的心得，来个 抛砖引玉，让我们在电源设计方而能够都有所深入和长进。Q1：如何来评估一个系统的电源需求Answer：对丁一个实际的电子系统，要认真的分析它的电源需求。|不仅仅是关心输入电压，输出电压和电流，还耍仔细 考虑总的功耗，电源实现的效率，电源部分对负载变化的瞬态响礦 力,关键器件对电源波动
10、的容忍范围以及相应的允许的电源纹派芯 有散热问题等等訂功耗和效率是密切相关的,效率高了，在负载功耗 相同的情况下总功耗就少，对于整个系统的功率预算就非常有利了， 对比LDO和开关电源，开关电源的效率要高一些。同时，评估效率不 仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率，还要关注轻负载的时候效 率水平。至于负载瞬态响应能力，对于一些高性能的CPU应 用就会有严格的要求，因为当CPU突然开始运行繁重的任务时，需要 的启动电流是很大的，如果电源电路响应速度不够，造成瞬间电压下 降过多过低，造成CPU运行出错。一般来说，要求的电源实际值多为标称值的+ 5%, 所以可以据此计算出允许的电源纹波，当然要预留余量
11、的。散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重 要，通过计算也是可以评估是否合适的。Q2：如何选择合适的电源实现电路Answer：根据分析系统需求得出的具体技术指标，可以来选择合适的电源实现电路了。一般对于弱电部分，包括了 LDO（线性电源转换器),开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下, LDO设计最易实现，输出纹波小，但缺点是效率有可能不高，发热量 大，可提供的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵活, 效率高，但纹波大，实现比较复杂，调试比较烦琐等等。Q3：如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数Answer:很多的未使用过开关电源设计的工程师会 对它产生一定
12、的畏惧心理，比如担心开关电源的干扰问题，PCB lay out问题，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用 一个开关电源设计还是非常方便的。一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两 部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单 了，也简化了 PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统， 所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电 路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深 度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很多影响 的。而输岀部分设计包含了输岀电容，输出电感以及M0
13、 SFET等等，这些的选择基本上就是要满足一个性能和成木的平衡， 比如髙的开关频率就可以使用小的电感值(意味着小的封装和便宜的 成木），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从 而效率降低。使用低的开关频率带来的结果则是相反的。对于输岀电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择 也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成木会增加, 好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFE T是不能被良好驱动的。一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的 计算公式和使用方案供工程师借鉴的。Q4：如何调试开关电源电路Answer:有一些经验可以共享给大家
14、1：电源电路的输入输出通过低阻值大功率电阻接 到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避 开后而电路的影响。2: 一般来说开关控制器是闭环系统，如果输岀恶化 的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以 这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR 值的输出电容，会产生很多的电源纹波，这也会影响开关电源的工作 的。接地技术的讨论Q1：为什么要接地？Answer：接地技术的引入最初是为了防止电力或电 子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流 通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也 是保护人身安全的一种有
15、效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝 缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电 压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护 作用。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防 雷和安全己远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间 信号的互连要求各设备都要有一个基准地作为信号的参考地。而 且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中, 信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当 就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回 流技术中也引入了 “地”的概念。Q2：接地的定义Answer:在现
16、代接地概念中、对于线路工程师来说, 该术语的含义通常是线路电压的参考点；对于系统设计师来说， 它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到 大地的意思。-个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意 要求是”低阻抗”和“通路”。Q3：常见的接地符号Answer: PE, PGND, FG一保护地或机壳；BGND 或 DC- RETURN一直流一48V（+24V）电源（电池）回流；GND工作地；DGND 一数字地；AGND模拟地；LGND防雷保护地Q4：合适的接地方式Answer:接地有多种方式，有单点接地，多点接地 以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接 地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分, 以及低频（flMHz）电子线路。当设计高频（f10MHz）电路时就要 采用多点接地
