(最新整理)電路硬件設計步驟

1、(完整)電路硬件設計步驟(完整)電路硬件設計步驟 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)電路硬件設計步驟）的內容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為(完整)電路硬件設計步驟的全部內容。7 / 8獻給那些剛開始或即將開始設計硬件電路的人。時光飛逝，離俺最初畫第一塊電路已有3年。剛剛開始接觸電路板的時候，

2、與你一樣，俺充滿了疑惑同時又帶著些興奮。在網上許多關于硬件電路的經驗、知識讓人目不暇接。像信號完整性,emi，ps設計準會把你搞暈。別急，一切要慢慢來。1）總體思路。設計硬件電路,大的框架和架構要搞清楚，但要做到這一點還真不容易.有些大框架也許自己的老板、老師已經想好，自己只是把思路具體實現;但也有些要自己設計框架的，那就要搞清楚要實現什么功能，然后找找有否能實現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,越是有經驗的工程師越會懂得借鑒他人的成果）。2）理解電路.如果你找到了的參考設計，那么恭喜你,你可以節(jié)約很多時間了（包括前期設計和后期調試）。馬上就copy？no，還是先看懂理解了

3、再說，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設計中的錯誤。3）沒有找到參考設計? 沒關系。先確定大ic芯片，找datasheet，看其關鍵參數是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關鍵參數，以及能否看懂這些關鍵參數，都是硬件工程師的能力的體現，這也需要長期地慢慢地積累。這期間，要善于提問，因為自己不懂的東西,別人往往一句話就能點醒你，尤其是硬件設計。4)硬件電路設計主要是三個部分，原理圖,pcb ,物料清單（bom）表.原理圖設計就是將前面的思路轉化為電路原理圖。它很像我們教科書上的電路圖.pcb涉及到實際的電路板，它根據原理圖轉化而來的網表(網表是溝通原理圖和pcb之間的橋梁），而將具體

4、的元器件的封裝放置（布局)在電路板上，然后根據飛線（也叫預拉線)連接其電信號（布線）。完成了pcb布局布線后,要用到哪些元器件應該有所歸納,所以我們將用到bom表.5）用什么工具?prote，也就是altimuml容易上手,在國內也比較流行，應付一般的工作已經足夠，適合初入門的設計者使用.其實無論用簡單的protel或者復雜的cadence工具，硬件設計大環(huán)節(jié)是一樣的（protel上的操作類似windwos，是post-command型的；而cadence的產品concept & allegro 是pre-command型的，用慣了protel，突然轉向cadence的工具,會不習慣就是這個原

5、因）。設計大環(huán)節(jié)都要有1）原理圖設計.2）pcb設計。3）制作bom表。現在簡要談一下設計流程（步驟)：1）原理圖庫建立。要將一個新元件擺放在原理圖上，我們必須得建立改元件的庫。庫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代表（我們常?？吹降氖且粋€矩形(代表其ic body)，周圍許多短線（代表ic管腳）。protel創(chuàng)建庫及其簡單，而且因為用的人多，許多元件都能找到現成的庫，這一點對使用者極為方便。應搞清楚ic body,ic pins，input pin,output pin， analog pin, digital pin， power pin等區(qū)別。2）有了充足的庫

6、之后，就可以在原理圖上畫圖了，按照datasheet和系統設計的要求，通過wire把相關元件連接起來.在相關的地方添加line和text注釋。wire和line的區(qū)別在于，前者有電氣屬性，后者沒有。wire適用于連接相同網絡，line適用于注釋圖形。這個時候，應搞清一些基本概念，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netlist是原理圖與pcb之間的橋梁.原理圖是我們能認知的形式，電腦要將其轉化為pcb,就必須將原理圖轉化它認識的形式netlist，然后再處理、轉化為pcb。4）得到netlist，馬上畫pcb

7、？別急，先做erc先。erc是電氣規(guī)則檢查的縮寫.它能對一些原理圖基本的設計錯誤進行排查，如多個output接在一起等問題。（但是一定要仔細檢查自己的原理圖，不能過分依賴工具，畢竟工具并不能明白你的系統,它只是純粹地根據一些基本規(guī)則排查.）5）從netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和數不清的飛線是不是讓你嚇了一跳？呵呵，別急還得慢慢來。6）確定板框大小。在keepout區(qū)（或mechanic區(qū)）畫個板框，這將限制了你布線的區(qū)域。需要根據需求好考慮板長，板寬（有時，還得考慮板厚）.當然了，疊層也得考慮好。（疊層的意思就是,板層有幾層，怎么應用，比如板總共4層，頂層走信號，中間第一層鋪

8、電源，中間第二層鋪地，底層走信號)。先解釋一下（2)中的術語。postcommand，例如我們要拷貝一個object（元件），我們要先選中這個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precommand。同樣我們要拷貝一個東西，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，布局這步極為關鍵.它往往決定了后期布線的難易.哪些元器件該擺正面，哪些元件該

9、擺背面，都要有所考量。但是這些都是一個仁者見仁,智者見智的問題；從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣。其實自己畫了原理圖，明白所有元件功能，自然對元件擺放有清楚的認識（如果讓一個不是畫原理圖的人來擺放元件,其結果往往會讓你大吃一驚_)。對于初入門的，注意模擬元件，數字元件的隔離，以及機械位置的擺放，同時注意電源的拓撲就可以了。2）接下來就是布線。這與布局往往是互動的。有經驗的人往往在開始就能看出哪些地方能布線成功。如果有些地方難以布線還需要改動布局。對于fpga設計來說往往還要改動原理圖來使布線更加順暢。布線和布局問題涉及的因素很多,對于高速數字部分，因為牽扯到信號完整性問題而變得復雜，但往往這

10、些問題又是難以定量或即使定量也難以計算的。所以,在信號頻率不是很高的情況下，應以布通為第一原則。3）ok了？別急，用drc檢查檢查先。這是一定要檢查的。drc對于布線完成覆蓋率以及規(guī)則違反的地方都會有所標注，按照這個再一一的排查,修正。4）有些pcb還要加上敷銅（可能會導致成本增加），將出線部分做成淚滴（工廠也許會幫你加）。最后的pcb文件轉成gerber文件就可交付pcb生產了.（有些直接給pcb也成,工廠會幫你轉gerber）。5）要裝配pcb,準備bom表吧，一般能直接從原理圖中導出。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.對于小批量或研究板而言，

11、用excel自己管理倒也方便（大公司往往要專業(yè)軟件來管理）。而對于新手而言，第一個版本，不建議直接交給裝配工廠或焊接工廠將bom的料全部焊上,這樣不便于排查問題。最好的方法就是，根據bom表自己準備好元件。等到板來了之后，一步步上元件、調試.再談談調試吧.1)拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供電看功能，硬件調試不可能一步調試完成的.先拿萬用表看看關鍵網絡是否有不正常，主要是看電源與地之間有否短路（盡管生產廠商已經幫你做過測試，這一步還是要自己親自看看，有時候看起來某些步驟挺繁瑣，但是可以節(jié)約你后面不少時間?。鋵嵍搪放c否不光pcb有關，在生產制作的任何一個環(huán)節(jié)可能導致這個問題，io短路一般不

12、會造成災難性的后果,但是電源短路就.。.2）電源網絡沒短路？那么好，那就看看電源輸出是否是自己理想的值,對于初學者，調試的時候最好ic一件件芯片上，第一個要上的就是電源芯片。3）電源網絡短路了？這個比較麻煩，不過要仔細看看自己原理圖是否有可能這樣的情況，同時結合割線的方法一步步排查倒底是什么地方短路了,是pcb的問題（一般比較爛的pcb廠就可能出現這種情況）,還是裝配的問題，還是自己設計的問題。關于檢查短路還有一些技巧，這在今后登出.。.。.3）電源芯片沒有輸出？檢查檢查你的電源芯片輸入是否正常吧，還需要檢查的地方有使能信號，分壓電阻，反饋網絡。.。4） 電源芯片輸出值不在預料范圍？如果超過很

13、離譜，比如到了10%,那么看看分壓電阻先，這兩個分壓電阻一般要用1的精度，這個你做到了沒有，同時看看反饋網絡吧，這也會影響你的輸出電源的范圍.5)電源輸出正常了，別高興，如果有條件的話，拿示波器看看吧，看看電源的輸出跳變是否正常。也就是抓取開電的瞬間，看看電源從無到有的情況(至于為什么要看著個，嘿嘿.。.專業(yè)人士還是要看的）這一節(jié)談談電源。無疑電源設計是整個電路板最重要的一環(huán).電源不穩(wěn)定,其他啥都別談。我想不用balabala述說它究竟有多么重要了。在電源設計我們用得最多的場合是，從一個穩(wěn)定的“高”電壓得到一個穩(wěn)定的“低”電壓。這也就是經常說的dcdc(直流-直流），而直流直流中用得最多的電源

14、穩(wěn)壓芯片有兩種，一種叫l(wèi)do(低壓差線性穩(wěn)壓器，我們后面說的線性穩(wěn)壓電源，也是指它)，另一種叫pwm（脈寬調制開關電源,我們在本文也稱它開關電源）。我們常常聽到pwm的效率高,但是ldo的響應快，這是為什么呢?別著急,先讓我們看看它們的原理。下面會涉及一些理論知識，但是依然非常淺顯易懂，如果你不懂，嘿嘿，得檢查一下自己的基礎了。一）線性穩(wěn)壓電源的工作原理如圖是線性穩(wěn)壓電源內部結構的簡單示意圖。我們的目的是從高電壓vs得到低電壓vo。在圖中，vo經過兩個分壓電阻分壓得到v+，v+被送入放大器(我們把這個放大器叫做誤差放大器）的正端，而放大器的負端vref是電源內部的參考電平（這個參考電平是恒定的

15、)。放大器的輸出va連接到mosfet的柵極來控制mosfet的阻抗。va變大時，mosfet的阻抗變大;va變小時，mosfet的阻抗變小。mosfet上的壓降將是vsvo?，F在我們來看vo是怎么穩(wěn)定的，假設vo變小，那么v+將變小，放大器的輸出va也將變小，這將導致mosfet的阻抗變小，這樣經過同樣的電流，mosfet的壓差將變小,于是將vo上抬來抑制vo的變小。同理，vo變大，v+變大，va變大，mosfet的阻抗變大，經過同樣的電流,mosfet的壓差變大，于是抑制vo變大.二）開關電源的工作原理如上圖，為了從高電壓vs得到vo，開關電源采用了用一定占空比的方波vg1，vg2推動上下mos管,vg1和vg2是反相的,vg1為高,vg2為低；上mos管打開時，下mos管關閉；下mos管打開時，上mos管關閉。由此在l左端形成了一定占空比的方波電壓,電感l(wèi)和電容c我們可以看作是低通濾波器，因此方波電壓經過濾波后就得到了濾波后的穩(wěn)定電壓vo。vo經過r1、r2分壓后送入第一個放大器(誤差放大器）的負端v+,誤差放大器的輸出va做為第二個放大器(pwm放大器）的正端，pwm放大器的輸出vpwm是一個有一定占空比的方波,經過門邏輯電路處理得到兩個反相的方波vg1、vg2來控制mosfet的開關.誤差放大器的正端vref