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有很多工程師都經(jīng)常吐槽，在接觸電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，很多電路設(shè)計(jì)時(shí)太過(guò)復(fù)雜，關(guān)于硬件電路的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)讓人目不暇接。像信號(hào)完整性，EMI，PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)會(huì)把你搞暈。別急，一切要慢慢來(lái)。

今天小編想討論一些電路設(shè)計(jì)小技巧，獻(xiàn)給那些剛開(kāi)始或即將開(kāi)始設(shè)計(jì)硬件電路的人，讓大家在“硬件電路設(shè)計(jì)”這條路上少走“彎路”。

1）總體思路

設(shè)計(jì)硬件電路，大的框架和架構(gòu)要搞清楚，但要做到這一點(diǎn)還真不容易。有些大框架也許自己的老板、老師已經(jīng)想好，自己只是把思路具體實(shí)現(xiàn);但也有些要自己設(shè)計(jì)框架的，那就要搞清楚要實(shí)現(xiàn)什么功能，然后找找有否能實(shí)現(xiàn)同樣或相似功能的參考電路板(要懂得盡量利用他人的成果，越是有經(jīng)驗(yàn)的工程師越會(huì)懂得借鑒他人的成果)。

2）理解電路

如果你找到了的參考設(shè)計(jì)，那么恭喜你，你可以節(jié)約很多時(shí)間了(包括前期設(shè)計(jì)和后期調(diào)試)。馬上就copy?NO，還是先看懂理解了再說(shuō)，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。

3）沒(méi)有找到參考設(shè)計(jì)?

先確定大IC芯片，找datasheet，看其關(guān)鍵參數(shù)是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關(guān)鍵參數(shù)，以及能否看懂這些關(guān)鍵參數(shù)，都是硬件工程師的能力的體現(xiàn)，這也需要長(zhǎng)期地慢慢地積累。

這期間，要善于提問(wèn)，因?yàn)樽约翰欢臇|西，別人往往一句話(huà)就能點(diǎn)醒你，尤其是硬件設(shè)計(jì)。

4）硬件電路的三個(gè)主要設(shè)計(jì)部分

原理圖、PCB、物料清單(BOM)表。

原理圖設(shè)計(jì)就是將前面的思路轉(zhuǎn)化為電路原理圖。它很像我們教科書(shū)上的電路圖。PCB涉及到實(shí)際的電路板，它根據(jù)原理圖轉(zhuǎn)化而來(lái)的網(wǎng)表(網(wǎng)表是溝通原理圖和PCB之間的橋梁)，而將具體的元器件的封裝放置(布局)在電路板上，然后根據(jù)飛線(xiàn)(也叫預(yù)拉線(xiàn))連接其電信號(hào)(布線(xiàn))。

完成了PCB布局布線(xiàn)后，要用到哪些元器件應(yīng)該有所歸納，所以我們將用到BOM表。

5）用什么工具?

Prote，也就是altimuml容易上手，在國(guó)內(nèi)也比較流行，應(yīng)付一般的工作已經(jīng)足夠，適合初入門(mén)的設(shè)計(jì)者使用。

其實(shí)無(wú)論用簡(jiǎn)單的protel或者復(fù)雜的cadence工具，硬件設(shè)計(jì)大環(huán)節(jié)是一樣的(protel上的操作類(lèi)似windwos，是post- command型的;而cadence的產(chǎn)品concept & allegro是pre-command型的，用慣了protel，突然轉(zhuǎn)向cadence的工具，會(huì)不習(xí)慣就是這個(gè)原因)。

設(shè)計(jì)大環(huán)節(jié)都要有：

1）原理圖設(shè)計(jì)。

2）PCB設(shè)計(jì)。

3）制作BOM表。

下面簡(jiǎn)要談一下設(shè)計(jì)流程(步驟)

（1）原理圖庫(kù)建立。要將一個(gè)新元件擺放在原理圖上，我們必須得建立改元件的庫(kù)。庫(kù)中主要定義了該新元件的管腳定義及其屬性，并且以具體的圖形形式來(lái)代表(我們常?？吹降氖且粋€(gè)矩形(代表其IC BODY)，周?chē)S多短線(xiàn)(代表IC管腳))。

protel創(chuàng)建庫(kù)及其簡(jiǎn)單，而且因?yàn)橛玫娜硕?，許多元件都能找到現(xiàn)成的庫(kù)，這一點(diǎn)對(duì)使用者極為方便。應(yīng)搞清楚icbody，icpins，inputpin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等區(qū)別。

（2）有了充足的庫(kù)之后，就可以在原理圖上畫(huà)圖了，按datasheet和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)wire把相關(guān)元件連接起來(lái)。在相關(guān)的地方添加line和text注釋。

wire和line的區(qū)別在于，前者有電氣屬性，后者沒(méi)有。wire適用于連接相同網(wǎng)絡(luò)，line適用于注釋圖形。這個(gè)時(shí)候，應(yīng)搞清一些基本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。

（3）做完這一步，我們就可以生成netlist了，這個(gè)netlist是原理圖與pcb之間的橋梁。原理圖是我們能認(rèn)知的形式，電腦要將其轉(zhuǎn)化為pcb，就必須將原理圖轉(zhuǎn)化它認(rèn)識(shí)的形式netlist，然后再處理、轉(zhuǎn)化為pcb。

（4）得到netlist，馬上畫(huà)pcb?別急，先做ERC先。ERC是電氣規(guī)則檢查的縮寫(xiě)。它能對(duì)一些原理圖基本的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤進(jìn)行排查，如多個(gè)output 接在一起等問(wèn)題。

(但是一定要仔細(xì)檢查自己的原理圖，不能過(guò)分依賴(lài)工具，畢竟工具并不能明白你的系統(tǒng)，它只是純粹地根據(jù)一些基本規(guī)則排查。)

（5）從netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和數(shù)不清的飛線(xiàn)是不是讓你嚇了一跳?呵呵，別急還得慢慢來(lái)。

（6）確定板框大小。在keepout區(qū)(或mechanic區(qū))畫(huà)個(gè)板框，這將限制了你布線(xiàn)的區(qū)域。需要根據(jù)需求好考慮板長(zhǎng)，板寬(有時(shí)，還得考慮板厚)。當(dāng)然了，疊層也得考慮好。

(疊層的意思就是，板層有幾層，怎么應(yīng)用，比如板總共4層，頂層走信號(hào)，中間第一層鋪電源，中間第二層鋪地，底層走信號(hào))。

先解釋一下(2)中的術(shù)語(yǔ)。post-command，例如我們要拷貝一個(gè)object（元件），我們要先選中這個(gè)object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V（copy命令發(fā)生在選中object之后）。這種操作windows和protel都采用的這種方式。

但是concept就是另外一種方式，我們叫做pre-command。同樣我們要拷貝一個(gè)東西，先按ctrl+C，然后再選中object，再在外面單擊（copy命令發(fā)生在選中object之前）。

1）確定完板框之后，就該元件布局(擺放)了，布局這步極為關(guān)鍵。它往往決定了后期布線(xiàn)的難易。哪些元器件該擺正面，哪些元件該擺背面，都要有所考量。

但是這些都是一個(gè)仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智的問(wèn)題;從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣。其實(shí)自己畫(huà)了原理圖，明白所有元件功能，自然對(duì)元件擺放有清楚的認(rèn)識(shí)(如果讓一個(gè)不是畫(huà)原理圖的人來(lái)擺放元件，其結(jié)果往往會(huì)讓你大吃一驚^_^)。

對(duì)于初入門(mén)的，注意模擬元件，數(shù)字元件的隔離，以及機(jī)械位置的擺放，同時(shí)注意電源的拓?fù)渚涂梢粤恕?/p>

2）接下來(lái)就是布線(xiàn)。這與布局往往是互動(dòng)的。有經(jīng)驗(yàn)的人往往在開(kāi)始就能看出哪些地方能布線(xiàn)成功。如果有些地方難以布線(xiàn)還需要改動(dòng)布局。

對(duì)于fpga設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)往往還要改動(dòng)原理圖來(lái)使布線(xiàn)更加順暢。布線(xiàn)和布局問(wèn)題涉及的因素很多，對(duì)于高速數(shù)字部分，因?yàn)闋砍兜叫盘?hào)完整性問(wèn)題而變得復(fù)雜，但往往這些問(wèn)題又是難以定量或即使定量也難以計(jì)算的。所以，在信號(hào)頻率不是很高的情況下，應(yīng)以布通為第一原則。

3）OK了？別急，用DRC檢查檢查先。這是一定要檢查的。DRC對(duì)于布線(xiàn)完成覆蓋率以及規(guī)則違反的地方都會(huì)有所標(biāo)注，按照這個(gè)再一一的排查，修正。

4）有些PCB還要加上敷銅（可能會(huì)導(dǎo)致成本增加），將出線(xiàn)部分做成淚滴（工廠(chǎng)也許會(huì)幫你加）。最后的PCB文件轉(zhuǎn)成gerber文件就可交付PCB生產(chǎn)了。（有些直接給PCB也成，工廠(chǎng)會(huì)幫你轉(zhuǎn)gerber）。

5)要裝配PCB，準(zhǔn)備bom表吧，一般能直接從原理圖中導(dǎo)出。但是需要注意的是，原理圖中哪些部分元件該上，哪些部分元件不該上，要做到心理有數(shù)。

對(duì)于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便（大公司往往要專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)管理）。而對(duì)于新手而言，第一個(gè)版本，不建議直接交給裝配工廠(chǎng)或焊接工廠(chǎng)將bom的料全部焊上，這樣不便于排查問(wèn)題。最好的方法就是，根據(jù)bom表自己準(zhǔn)備好元件。等到板來(lái)了之后，一步步上元件、調(diào)試。

審核編輯 黃昊宇