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大家好,我是王工。& q9 G: I. t# C
. y$ j. O, t" t, H6 J2 i# i( M前些天,公司一个同事的样板打回来了,但是一上电就打火,差点把电源适配器给干废了,仔细一看,原理图都没画对。如图所示,这种DC JACK一般1脚连接电源的正极,但实际原理图把它连在了地上。' g0 a1 T& |7 s; ?, U$ k' e" e
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当然,以上只是我写这篇文章的一个导火线,平时大家总会出这样那样的小错误。9 B9 S9 P9 `, j: X p3 ~2 Q. P8 @
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原理图设计是整个电路设计中很重要的一个环节,一旦原理图出错,layout就跟着错,在调试阶段发现了还好,如果没发现,问题遗留到生产,甚至客户那里去了,就会相当麻烦。! I2 U6 y4 z& N! j8 J
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以下是王工整理的原理图checklist,大家可以结合自己的产品,对内容进行适当删减。原理图画完之后,一定要逐一检查,能避免90%以上的问题,上面的低级错误至少不会再犯。
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系统框图7 H$ I' q Y3 T9 v
在我们设计原理图之前一般都会先设计硬件系统框图,确保设计过程高效且系统可靠,需要检查以下几个方面。
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是否覆盖了客户提出的需求(针对需求,逐一检查);分模块划分,便于理解,仔细查看整个逻辑层次是否分明;各个接口规格是否明确标识(比如:2*USB 3.0);主芯片是否符合要求,处理能力是否能够达到;检查关键外围接口芯片,性能指标是否满足客户要求,以及软件支持能力(是否支持蓝牙5.0);主芯片,电源芯片,功能芯片等主要元件器的采购、货期、成本是否符合要求;硬件总体成本是否满足要求,资源要够,也不能过于冗余设计。" f0 a+ e- j% q& J
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$ D( i' H/ a0 ~3 n; h, k5 `电源树框图
8 V- G0 M. }8 z" v一般主板输入电压在DC12/24V,然后转化为5V,3.3V,1.8V,1.2V电压。
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确保电源芯片的选型输入,输出电压满足要求;确保电源供电功率的合理性;确保电源输入包含EMI、短路、反向、过流、过压等措施,结合项目需求书进行确认;电源模块划分是否合理(DC/DC和LDO不要搞错);电源系统框图是否包含所有功能模块(别遗漏了所有芯片的供电);电源供电路径是否合理;是否预留电源供电的开关信号(有些回路中的电压需要控制通断,回路中需要加MOS进行开关控制);电源输入输出电压电流是否合理。9 u1 |( E# B/ L# H9 \, m* g" m9 w2 L
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4 F' B% \2 ]9 ?! c详细功能检查) Z4 |6 d( e5 e% V
检查连接器的引脚定义,如果没有把握,可以查询实物或者找供应商确认(如开头举例);串口的TX和RX是否接反,这是高频犯错点;不同模块之间的电平确认,如果无法确认,预留电平转换电路;最小系统电源均有网络来源且功率满足需求(如CPU Core电源、GPU电源、S0C功能块电源等);最小系统所有时钟信号来源符合要求(如主时钟、休眠时钟、总线时钟、接口时钟等);是否有复位信号;最小系统程序下载方式确认(如USB接口下载、JTAG、串口等);最小系统启动方式是否正确,多种启动方式切换设计是否方便;所有信号的检查,确保无单点网络,且所有信号都有输入和输出;各个模块的电气检查:供电、复位系统、信号、时钟、上电时序、下电时序等信号的检查,是否满其模块相关要求如LCD、WIFI模块等;& c. {7 M- T( V8 s2 g- A
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8 e; |. X9 A: w) ?8 k* c所有信号线序进行检查,没有连接错误现象(如信号线序接反,网络命名错误导致信号连接错误等);芯片的选择是否符合要求的功能和性能(如网卡、串口的速度,SD卡、emc、PCIe、DDR、USB等版本和速度);检查各接地的设计:PE,DGND,AGND等;电容参数确认(取值、耐压、温度、ESR等),注意电解电容需要有极性标识,原理图是否标识明确耐压,陶瓷电容建议60%降额设计;电阻参数确认(取值、精度、功率、封装),原理图是否标识明确精度;电感参数确认(取值、精度、功率、DCR、感值与电流曲线特性),需要考虑功率电感的饱和电流和峰值电流;二极管参数确认(电流、电压、正向电流、正向压降、反向电压、反向漏电流等);MOS管参数确认(电流、电压、Vgs、Vds等);磁珠参数确认(电流、交流阻抗、直流阻抗等);对外接口器件如按键、网口、USB等,需要加防ESD器件;TVS管和压敏电阻注意寄生电容大小,高速信号线如USB等尽量选用小电容物料;I2C和串口预留0R电阻,防止出错时从芯片或接口端子引脚飞线;要注意差分线的命名,一般是P,N为一组,不能多也不能少,像LVDS或HDMI差分线上预留共模电感;确认网口连接器的开口方向、是否带指示灯以及是否带POE功能;按键确认,根据结构而定,选择对应的侧出或者直出按键。4 t6 A0 n7 u9 {. r( _0 |7 [
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通用性检查 d! Z( A7 U$ M- P2 K* _
原理图有序摆放,从左到右,从上到下,可以多页原理图分开,分功能设计,更加方面检查;关键信息备注(电源输出的电压电流,输出参数计算);检查是否有错误的网络连接,如器件两端的网络相同;电路图表达是否符合原理图设计规范,确保没有参数字体无重叠,方向统一,排版整洁;DRC检查确认,没有Error项,确认Warning项是否可以忽略;确认连接器的Pin1脚,线序、引脚定义(公司的同一种接口引脚定义尽量固定,方便连接线的共用);器件属性应包括厂家、型号、描述以及PCB封装,方便直接导出BOM;物料归一化,如电阻1%和5%是否可以合并成1%,电容是否可以从低耐压合并成高耐压;连接器选型要尽可能防呆,避免插错位置;! G! N! Z* ~& z4 ?* w
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尽可能PCBA上的所有物料都体现在原理图上,如PCB,纽扣电池,散热器螺钉、螺帽、跳帽、屏蔽罩等;检查兼容设计,确保哪些元件一定要焊,哪些元件NC(之前搞错了一颗电阻,导致USB通信异常)。: \# D) W4 R0 _* y) g
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写在最后都说硬件工程师越老越吃香,这句话也告诉我们硬件也是需要积累的,王工从事硬件多年,也会不定期分享技术好文,感兴趣的同学可以加微信,或后台回复“加群”,管理员拉你加入同行技术交流群。
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电路设计-电路分析
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