硬體工程師設計流程小感

2022-01-18 電子工程專輯

作為一名硬體工程師,尤其是小公司的硬體工程師,需要做的工作將會涉及整個項目的各個方面。我們的根本目的是:把自己設計的硬體系統,以最穩定、簡易的效果應用在項目產品中。希望我們國家的科技工作者能夠設計出穩定易用,安全可靠的產品,不是為了利益浮躁的前行。踏踏實實,步步注意,把我們國家的產品提升檔次,更加高端。

為了達到我們的目的,就這一年的經驗,做下整個工作流程的整理反思。

1、項目剛剛開始,硬體需求設計書由項目經理整合提出,提出以後,硬體工程師仔細分析需求,能做到的不能做到的都想好,有什麼困難先提出,下面進行設計。設計階段將會有很多的複雜內容,各類注意事項,就我能想到的列出吧。

首先,我們的設計一定要原理上過關,所有的設計基本上都有典型應用電路可以參考,這也是為什麼經驗豐富的硬體工程師比較吃香的原因。在這個行業中(如電力、消費電子)混跡多年的人,手中必然積累了自己設計、別人設計,引用Datasheet中的典型設計等多方面的應用電路,同時有自己的一套硬體庫(別人的庫再好再全,用起來的效率也不如自己的庫熟悉)。經驗豐富的工程師,可以在最短的時間設計出產品硬體雛形,對於公司來說,可以迅速佔領市場,有很高的價值。

設計人員的原理圖,一定要考慮實際,這是給別人看的! 電源指示燈你不能不加吧;調節個電阻值,達到我們要的效果(如555,REF口),都要註明在原理圖上,用最簡單的方框,清晰明了。

2、設計原理圖通過後,準備進入硬體選型階段。我們選的器件,一定會考慮應用溫度範圍、通用性、易用性甚至是ESD特性等,這一切,無不需要思前想後很久很久。舉個例子,一個10芯的接線端子臺,如果板子是平放的話,

這樣能比較方便安裝了,但是如果板子是垂直平面安裝,接線就要考慮了,

不選這樣的端子臺,如果產品內腔狹窄,接線手都塞不進去,這還沒完,這個端子臺10芯的廠家有麼,需要利用兩芯的、四芯的拼出來不。必須打供應商電話確認有我們要的產品不,供貨期多少天。結束了這個確認,我們還要考慮通用性,如果這個端子臺廠家有貨但是供貨慢,那我們必須諮詢其他廠商的產品,端子臺要有三家可替換的型號,保證供貨,因為端子臺這個原料需要現做,不會有很多的備貨,供貨時間一定考慮在內。如果最後因為少一個長供貨期的器件,造成研發延誤,這個損失可不少。

3、硬體PCB設計

這個時候布局布線是一方面,還是從基本順序上走起。

原理圖通過了,進入PCB設計,與機械部件工程師反覆溝通板子外形,就算項目對板子的大小沒過高的要求也要溝通。心中要有板子大小的預期,怎麼方便布線,外形可以先用設計軟體把主要大元件試著擺擺,給機械工程師看看,外形標上直徑長度信息。這個外形設計如果項目比較急,在做完器件選型驗證後,可以提前擺放和機械工程師溝通。因為機械部分,樣品打樣時間,設計時間也是很長的,電子和機械同時開工可以進一步縮短研發時間。

正式進入PCB布局布線階段,首先,我們要把rule做好,四層板注意什麼,雙層板注意什麼,都要提前確定好。平時設計時,我的規則撿重點列列。

雙層板中,焊盤和鋪銅間距依據板子的大小,在20-30mil間固定,單獨應用在polygon。走線10mil到15mil的信號線,依據走線長度,連地的焊盤選用十字花連接,散熱慢點,容易焊接。

四層板中,因為要分割內電層,一般內電層分割間隔我選用了15-20mil的大間距,在內電層同網絡的通孔選擇直連。同一規則下,設置多個應用對象,細分的在上,偏向全局的在下。更多更具體的規則,如果需要,咱們私下交流哈,一起討論學習!

布局布線的要求,說實話,網上大神的經驗,論壇一搜一堆,我也是搜著大神的經驗,慢慢形成自己的風格習慣。還是希望大家,琢磨出一套自己的方式,穩定就行。

最後沒有具體要求的板子,補個淚滴,鋪個銅,鋪銅的容易出現連接不好的銅箔,加個過孔連接上下層的地,規則中也要vias變成同網絡鋪銅直連,這樣銅箔更新後不會變成十字花的樣子,降低連接的完整性(雖然看起來很漂亮)。再來個DRC,找找問題。

審核完成,進入硬體設計的最後階段,導出依據規範模版更改的BOM,原理圖的PDF導出(是用adobe虛擬列印pdf的方式,最大程度還原原理圖)。有時候還需要估價BOM(試過與非的BOM估價,還可以)。如果公司有需要就提供CAM文件。最後完成「製版要求」(提供給制板商,要求過孔蓋油啥的)。

4、項目硬體結束後的工作

現在看來,單純硬體工作結束,上面就已經完成(先忽略掉我現在會做的事情,神馬焊接調試,輔助生產部製作的一條龍服務)。其實不然,最後公司研發主管要是聰明人的話,會讓設計人員寫一份文檔:
(1)描述硬體的總體框圖;
(2)各個功能模塊的設計方案;
(3)使用到的IO定義(比如,調試接口、USART、控制IO、LED IO);
(4)總結(此版本的不足之處,還需要改進的方面);

這是對於可持續發展的重要資料,任何人都是可以被代替的關鍵,一個公司,研發可持續發展,也是任何人都是可以被代替的。說的有點嚇人,總歸是可以更好的發展嘛,新人接手工作更快。

以上想法簡單,而且不成熟,也就是日常隨筆吧。願我們國家的科研力量少些浮躁,多些沉穩,更加穩步前進。

網友「ABM45927」的評論:
講講我幾點建議。
1、項目開始的時候是搭框架,明確了所有的需求後,用手邊的資料去搭框架,評估項目成本,項目風險。有很多人設計項目的時候,只知道需要用到什麼就加什麼,到最後根本做不出來,或者成本為天價。 所以一開始,一個良好的框架,是一個好的基礎。
2、原理設計。 細化框架內容,這個就是拼經驗拼知識積累的時候。
3、PCB設計。 只有幾點,可製造性,穩定性,高速信號,EMI。
4、調試驗證。 測試你設計的東西是否達到預期。不要忽略任何你碰到的異常,很有可能他會引起大問題。例如概率性問題。 PS。設計文檔是在每個過程中完成的。 一般項目周期都很長,等你完工了 前面你也忘得差不多了。

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