硬件設(shè)計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品經(jīng)理的需求PRS（Product Requirement Specification）,，在COGS（Cost of Goods Sale）的要求下,，利用目前業(yè)界成熟的芯片方案或者技術(shù)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成符合PRS功能（Function）,，性能（Performance）,，電源設(shè)計(jì)（Power Supply）， 功耗（Power Consumption）,，散熱（Thermal/Cooling）,，噪音（Noise），信號(hào)完整性（Signal Integrity）,， 電磁輻射（EMC/EMI）,，安規(guī)（Safety），器件采購(gòu)（Component Sourcing）,，可靠性（Reliability）,，可測(cè)試性（DFT： design for test），可生產(chǎn)性（DFM：design for manufacture）等要求的硬件產(chǎn)品（注意：是產(chǎn)品不是開發(fā)板）,。
可以看到,，一個(gè)成功的硬件設(shè)計(jì)，主要功能的實(shí)現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分,，而且基本來說,，主要功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠芯片廠商提供的套片方案,，一般來說為了降低風(fēng)險(xiǎn)，主要是參考套片方案的參考設(shè)計(jì)完成,，芯片廠商也會(huì)提供包括器件封裝,，參考設(shè)計(jì)，仿真模型,，PCB參考等等全部資料,，在芯片功能越來越復(fù)雜的今天，一個(gè)片子動(dòng)不動(dòng)就幾百上千個(gè)PIN,，對(duì)于一個(gè)新項(xiàng)目來說,，是沒有時(shí)間一頁(yè)頁(yè)去吃透每個(gè)PIN，每個(gè)輸入輸出的具體功能,，電氣參數(shù)的,，尤其是對(duì)于高速設(shè)計(jì)，比如DDR3接口,，XAUI接口等等,。 一般來說芯片廠商提供的參考設(shè)計(jì)就是他們經(jīng)過開發(fā)，驗(yàn)證,，測(cè)試的最佳方案了,，很多情況就是你必須按照參考設(shè)計(jì)來做，否則硬件可能就有問題,，一般來說就是信號(hào)完整性問題或者EMC問題,。
芯片廠商提供越來越周到的服務(wù)，看起來硬件工程師HW（Hardware Engineer）的價(jià)值越來越低了,，畢竟一個(gè)產(chǎn)品的核心功能或者技術(shù)一般都在ASIC或者FPGA里面了,，HW一般沒有能力進(jìn)行核心邏輯設(shè)計(jì)IC design， 畢竟這是跟HW設(shè)計(jì)并行的另一項(xiàng)工作,，另一項(xiàng)也很復(fù)雜的工作,。 對(duì)于這個(gè)問題，我也曾經(jīng)困惑過,，總是感覺硬件設(shè)計(jì)沒有什么好搞的了,，不就是抄抄參考設(shè)計(jì)，就跟組裝一臺(tái)電腦一樣組裝一個(gè)單板嘛,。
當(dāng)然隨著項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的增多,，尤其從事現(xiàn)在硬件系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的角色，感覺原來自己考慮更多是從一名原理圖設(shè)計(jì)工程師的角度考慮問題,。 就像開始說的,，一個(gè)成功的硬件設(shè)計(jì)，功能Function只是一小部分,，至于其他的因素和能力,，一個(gè)HW的能力取決于能考慮因素越多,，越深入，就越是一個(gè)優(yōu)秀的HW工程師,。
1. 成本Cost： 任何一個(gè)賣硬件產(chǎn)品的公司的主要盈利一般來說就是銷售價(jià)格-COGS,，而COGS90%取決于設(shè)計(jì)，剩下就是生產(chǎn)成本了,，這個(gè)價(jià)格一般來說比較透明,，代工廠也很多,，競(jìng)爭(zhēng)激烈,。雖然說設(shè)計(jì)成本60%也取決于主要芯片的價(jià)格（這個(gè)主要要靠公司高層跟芯片廠商談判的結(jié)果了，HW的作用有限,，更多是系統(tǒng)工程師做決策用什么芯片能符合產(chǎn)品需求和軟件功能需求）,，但是剩下的電阻，電容,，電感,，二極管，三極管,，保護(hù)器件,，接口器件，邏輯芯片,，邏輯功能,，小芯片，電源電路全都是HW做主了,，當(dāng)然有參考設(shè)計(jì),，不過一般來說參考設(shè)計(jì)為了更好體現(xiàn)芯片的良好性能，一般會(huì)選用比較貴的,，性能更好的器件,，這就要結(jié)合公司的器件庫(kù)進(jìn)行取舍了。 我的經(jīng)驗(yàn)是多看看公司的同類產(chǎn)品設(shè)計(jì),，看看大家主流是用什么器件,，畢竟對(duì)于元器件來說，價(jià)格跟購(gòu)買量有很大關(guān)系,，不同的采購(gòu)量導(dǎo)致的價(jià)格可能相差幾倍,。
2. 信號(hào)完整性Signal Integrity： 主要影響兩方面：EMC和時(shí)序Timing，不好的SI設(shè)計(jì)會(huì)有很強(qiáng)的過沖over/undershoot,，尖峰Spike,，這會(huì)造成對(duì)應(yīng)頻率N諧振頻率的發(fā)射；不好的SI設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致High/low不穩(wěn)定,，或者上升時(shí)間/下降時(shí)間Rising Time/Falling Time占數(shù)據(jù)周期過長(zhǎng),，或者時(shí)鐘不穩(wěn)定,，都會(huì)導(dǎo)致在接收端采樣Sample時(shí)出現(xiàn)誤判斷，實(shí)際上,，接收端不會(huì)出錯(cuò),，出錯(cuò)的只是信號(hào)。 SI設(shè)計(jì)在原理圖設(shè)計(jì)來說,，主要從阻抗匹配（串行電阻）上來解決,，輔以適當(dāng)?shù)耐笋顬V波電容；跟主要是在PCB上,，一般來說PCB層數(shù)越多,，SI會(huì)更好，當(dāng)然這里要跟Cost 進(jìn)行一個(gè)取舍了,?！?br>
3. 電源設(shè)計(jì)Power Supply：雖然一般大些的公司都有專門的電源設(shè)計(jì)工程師，不過對(duì)于HW來說,，基本的Power設(shè)計(jì)能力還是很重要的,，從道理上來說，任何電路都是一種電源,，任何電路問題都可以歸結(jié)于一種電源問題,，只有對(duì)于電源電路理解深入了，才能對(duì)于電路板理解跟深入,，尤其是對(duì)于模擬電路問題,，才能想到用模擬電路來設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單電路，而不是費(fèi)力用邏輯電路來搭,?！?br>
4. 安規(guī)Safety：對(duì)于接口電路來說，主要成本都在與安規(guī)器件,，這個(gè)接口究竟要抗多大的電壓,，電流打擊？這就要好好考慮用什么器件了,，fuse,？ PTC？ TVS,？高壓電容,？
5. 電磁兼容EMC/EMI： 主要是針對(duì)各個(gè)國(guó)家的相應(yīng)規(guī)范（安規(guī)也是），對(duì)于各種可能產(chǎn)生輻射的信號(hào)都充分考慮好退耦,，濾波,，對(duì)于歐盟來說一般是EN55022/EN55024，對(duì)于美國(guó)一般是FCC Part 15， 歐盟和美國(guó)的輻射標(biāo)準(zhǔn)略有不同,，歐盟的標(biāo)準(zhǔn)稍微嚴(yán)格一些,。
6. 功耗（Power Consumption）：現(xiàn)在都提倡環(huán)保,，運(yùn)營(yíng)商也是,，HW也必須考慮省電，比如用效率更高的電源電路,，用PWM替代LDO,，效率更高的轉(zhuǎn)換拓?fù)洹?br>
7. 散熱（Thermal/Cooling）：芯片集成度越來越高，單芯片的功耗從幾瓦到現(xiàn)在的幾十瓦,，散熱就是一個(gè)大問題,，而且伴隨著接口的速率提高，接口芯片的功耗也在提高,，造成整個(gè)系統(tǒng)就是：熱,！這就需要好好考慮散熱問題,，從PCB的布局,，到散熱片Heatsink的使用，到風(fēng)扇的使用,，都有很多考慮,。
8. 噪音（Noise）：風(fēng)扇是散熱最好的辦法,，但是帶來的問題就是噪聲,，ITU對(duì)于通信設(shè)備的噪聲也有明確的規(guī)范，這就需要平衡風(fēng)扇數(shù)量,，轉(zhuǎn)速,，風(fēng)向，控制等因素,?！?br>
9. 器件采購(gòu)（Component Sourcing）：HW選用的器件必須得是Sourcing部門能夠采購(gòu)到的，而且一般也要考慮second source的問題,，和lead time的問題,，不能說選用一個(gè)只有一個(gè)小公司生產(chǎn)的稀有器件，萬(wàn)一這個(gè)器件EoL了,，你是怎么辦,？只能修改設(shè)計(jì)了，這就損失大了,！
10. 可靠性（Reliability）：整個(gè)系統(tǒng)MTBF的數(shù)值多少,？風(fēng)險(xiǎn)最大的器件是什么？每個(gè)器件的工作Margin是百分之多少,？ 11. 可測(cè)試性（DFT： design for test）/可生產(chǎn)性（DFM：design for manufacture）：主要針對(duì)于工廠的考慮,，必須考慮到方便工廠的生產(chǎn)測(cè)試,，方便生產(chǎn)，如果你的測(cè)試很復(fù)雜,，會(huì)大大降低生產(chǎn)線的產(chǎn)能和良率,，進(jìn)而影響供貨以及生產(chǎn)成品?！ ?duì)于參考設(shè)計(jì),，我感覺最有用的地方主要是供電電路，退耦濾波電路以及Layout設(shè)計(jì),，至于總線連接,，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路,，接口電路等等,，一般來說都需要根據(jù)公司器件庫(kù)，設(shè)計(jì)案例以及業(yè)界主流器件/方案進(jìn)行修改,。所以千萬(wàn)不要迷信參考電路,，那只是參考，過分迷信參考設(shè)計(jì),，自己還沒搞清楚芯片具體功能/參數(shù)呢,，就COPY過來，即使能夠工作,，肯定在成本方面,，生產(chǎn)方面有很多問題。
|
