在網(wǎng)上許多關(guān)于硬件電路的經(jīng)驗(yàn)、知識讓人目不暇接。像信號完整性，EMI，PS設(shè)計(jì)準(zhǔn)會(huì)把你搞暈。別急，一切要慢慢來。我想通過和大家探討一些自己關(guān)于硬件電路設(shè)計(jì)方面的心得，來個(gè)“拋轉(zhuǎn)引玉”，獻(xiàn)給那些剛開始或即將開始設(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，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)，這也需要長期地慢慢地積累。

這期間，要善于提問，因?yàn)樽约翰欢臇|西，別人往往一句話就能點(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（也叫預(yù)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(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，適合初入門的設(shè)計(jì)者使用。

其實(shí)無論用簡單的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。

下面簡要談一下設(shè)計(jì)流程（步驟）

（1）原理圖庫建立。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。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€(gè)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?yàn)橛玫娜硕?，許多元件都能找到現(xiàn)成的庫，這一點(diǎn)對使用者極為方便。應(yīng)搞清楚icbody，icpins，inputpin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等區(qū)別。

（2）有了充足的庫之后，就可以在原理圖上畫圖了，按datasheet和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，通過wire把相關(guān)元件連接起來。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)識的形式netlist，然后再處理、轉(zhuǎn)化為pcb。

（4）得到netlist，馬上畫pcb？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(shè)計(jì)錯(cuò)誤進(jìn)行排查，如多個(gè)output 接在一起等問題。

（但是一定要仔細(xì)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(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(gè)板框，這將限制了你布線的區(qū)域。需要根據(jù)需求好考慮板長，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，中間第一層鋪電源，中間第二層鋪地，底層走信號）。

先解釋一下（2）中的術(shù)語。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(shí)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(rèn)識（如果讓一個(gè)不是畫原理圖的人來擺放元件，其結(jié)果往往會(huì)讓你大吃一驚^_^）。

對于初入門的，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）接下來就是布線。這與布局往往是互動(dòng)的。有經(jīng)驗(yàn)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(dòng)布局。

對于fpga設(shè)計(jì)來說往往還要改動(dòng)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(shù)字部分，因?yàn)闋砍兜叫盘柾暾詥栴}而變得復(fù)雜，但往往這些問題又是難以定量或即使定量也難以計(jì)算的。所以，在信號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對于布線完成覆蓋率以及規(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），將出線部分做成淚滴（工廠也許會(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（大公司往往要專業(yè)軟件來管理）。而對于新手而言，第一個(gè)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(jù)bom表自己準(zhǔn)備好元件。等到板來了之后，一步步上元件、調(diào)試。

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