硬件工程师设计流程小感

alanliu · 发表于 2015-7-10 16:23:05

本帖最后由 alanliu 于 2015-7-13 10:40 编辑

作为一名硬件工程师，尤其是小公司的硬件工程师，需要做的工作将会涉及整个项目的各个方面。我们的根本目的是：把自己设计的硬件系统，以最稳定、简易的效果应用在项目产品中。希望我们国家的科技工作者能够设计出稳定易用，安全可靠的产品，不是为了利益浮躁的前行。踏踏实实，步步注意，把我们国家的产品提升档次，更加高端。
为了达到我们的目的，就这一年的经验，做下整个工作流程的整理反思。
1、项目刚刚开始，硬件需求设计书由项目经理整合提出，提出以后，硬件工程师仔细分析需求，能做到的不能做到的都想好，有什么困难先提出，下面进行设计。设计阶段将会有很多的复杂内容，各类注意事项，就我能想到的列出吧。
首先，我们的设计一定要原理上过关，所有的设计基本上都有典型应用电路可以参考，这也是为什么经验丰富的硬件工程师比较吃香的原因。在这个行业中（如电力、消费电子）混迹多年的人，手中必然积累了自己设计、别人设计，引用Datasheet中的典型设计等多方面的应用电路，同时有自己的一套硬件库（别人的库再好再全，用起来的效率也不如自己的库熟悉）。经验丰富的工程师，可以在最短的时间设计出产品硬件雏形，对于公司来说，可以迅速占领市场，有很高的价值。
设计人员的原理图，一定要考虑实际，这是给别人看的！电源指示灯你不能不加吧；调节个电阻值，达到我们要的效果（如555，REF口），都要注明在原理图上，用最简单的方框，清晰明了。

2、设计原理图通过后，准备进入硬件选型阶段。我们选的器件，一定会考虑应用温度范围、通用性、易用性甚至是ESD特性等，这一切，无不需要思前想后很久很久。举个例子，一个10芯的接线端子台，如果板子是平放的话，

这样能比较方便安装了，但是如果板子是垂直平面安装，接线就要考虑了，

不选这样的端子台，如果产品内腔狭窄，接线手都塞不进去，这还没完，这个端子台10芯的厂家有么，需要利用两芯的、四芯的拼出来不。必须打供应商电话确认有我们要的产品不，供货期多少天。结束了这个确认，我们还要考虑通用性，如果这个端子台厂家有货但是供货慢，那我们必须咨询其他厂商的产品，端子台要有三家可替换的型号，保证供货，因为端子台这个原料需要现做，不会有很多的备货，供货时间一定考虑在内。如果最后因为少一个长供货期的器件，造成研发延误，这个损失可不少。
3、硬件PCB设计
这个时候布局布线是一方面，还是从基本顺序上走起。
原理图通过了，进入PCB设计，与机械部件工程师反复沟通板子外形，就算项目对板子的大小没过高的要求也要沟通。心中要有板子大小的预期，怎么方便布线，外形可以先用设计软件把主要大元件试着摆摆，给机械工程师看看，外形标上直径长度信息。这个外形设计如果项目比较急，在做完器件选型验证后，可以提前摆放和机械工程师沟通。因为机械部分，样品打样时间，设计时间也是很长的，电子和机械同时开工可以进一步缩短研发时间。
正式进入PCB布局布线阶段，首先，我们要把rule做好，四层板注意什么，双层板注意什么，都要提前确定好。平时设计时，我的规则捡重点列列。
双层板中，焊盘和铺铜间距依据板子的大小，在20-30mil间固定，单独应用在polygon。走线10mil到15mil的信号线，依据走线长度，连地的焊盘选用十字花连接，散热慢点，容易焊接。
四层板中，因为要分割内电层，一般内电层分割间隔我选用了15-20mil的大间距，在内电层同网络的通孔选择直连。同一规则下，设置多个应用对象，细分的在上，偏向全局的在下。更多更具体的规则，如果需要，咱们私下交流哈，一起讨论学习！
布局布线的要求，说实话，网上大神的经验，论坛一搜一堆，我也是搜着大神的经验，慢慢形成自己的风格习惯。还是希望大家，琢磨出一套自己的方式，稳定就行。
最后没有具体要求的板子，补个泪滴，铺个铜，铺铜的容易出现连接不好的铜箔，加个过孔连接上下层的地，规则中也要vias变成同网络铺铜直连，这样铜箔更新后不会变成十字花的样子，降低连接的完整性（虽然看起来很漂亮）。再来个DRC，找找问题。
审核完成，进入硬件设计的最后阶段，导出依据规范模版更改的BOM，原理图的PDF导出（是用adobe虚拟打印pdf的方式，最大程度还原原理图）。有时候还需要估价BOM（试过与非的BOM估价，还可以）。如果公司有需要就提供CAM文件。最后完成“制版要求”（提供给制板商，要求过孔盖油啥的）。
4、项目硬件结束后的工作
现在看来，单纯硬件工作结束，上面就已经完成（先忽略掉我现在会做的事情，神马焊接调试，辅助生产部制作的一条龙服务）。其实不然，最后公司研发主管要是聪明人的话，会让设计人员写一份文档：
（1）描述硬件的总体框图；
（2）各个功能模块的设计方案；
（3）使用到的IO定义（比如，调试接口、USART、控制IO、LED IO）；
（4）总结（此版本的不足之处，还需要改进的方面）；
这是对于可持续发展的重要资料，任何人都是可以被代替的关键，一个公司，研发可持续发展，也是任何人都是可以被代替的。说的有点吓人，总归是可以更好的发展嘛，新人接手工作更快。
以上想法简单，而且不成熟，也就是日常随笔吧。愿我们国家的科研力量少些浮躁，多些沉稳，更加稳步前进。

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