硬體電路設計入門奉獻系列（一）

硬體電路設計入門的一些必備知識和技巧

——獻給那些剛開始或即将開始設計硬體電路的人

       時光飛逝，離最初設計制作電路闆已有2年多時間。剛剛開始接觸電路闆的時候，與你一樣，充滿了疑惑同時又帶着些興奮。在網上許多關于硬體電路的經驗、知識讓人目不暇接。信号完整性，電源完整性、EMI……準會把你搞暈。剛開始是痛苦的，俗語說不痛，則不通，初期的痛是成事的墊腳石，沉下心來，一件一件的把事情做好才能積累到經驗和财富。

1、總體思路

      設計硬體電路，大的架構和架構要搞清楚，但要做到這一點還真不容易。有些大架構也許自己的老師已經想好，自己隻是把思路具體實作；但也有些要自己設計架構的，那就要搞清楚要實作什麼功能，然後找找有否能實作同樣或相似功能的參考電路闆（要懂得盡量利用他人的成果，越是有經驗的工程師越會懂得借鑒他人的成果）。

2、了解電路

       如果你找到了的參考設計，那麼恭喜你，你可以節約很多時間了（包括前期設計和後期調試）。立馬複制粘貼嗎？當然不是，還是先看懂了解了再說，一方面能提高我們的電路了解能力，而且能避免設計中的錯誤。沒有找到參考設計? 沒關系。先确定大IC晶片，找datasheet，看其關鍵參數是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關鍵參數，以及能否看懂這些關鍵參數，都是硬體工程師的能力的展現，這也需要長期地慢慢地積累。這期間，要善于提問，因為自己不懂的東西，别人往往一句話就能點醒你，尤其是硬體設計。

3、硬體電路設計主要部分

       硬體電路設計主要是三個部分，原理圖，pcb ，BOM表（物料清單）。原理圖設計就是将前面的思路轉化為電路原理圖。它很像我們教科書上的電路圖。pcb涉及到實際的電路闆，它根據原理圖轉化而來的網表（網表是溝通原理圖和pcb之間的橋梁），而将具體的元器件的封裝放置（布局）在電路闆上，然後根據飛線（也叫預拉線）連接配接其電信号（布線）。完成了pcb布局布線後，要用到哪些元器件應該有所歸納，是以我們将用到BOM表。

4、設計工具

        用什麼工具？Prote，也就是AD容易上手，在國内也比較流行，應付一般的工作已經足夠，适合初入門的設計者使用。個人推薦使用cadence & allegro。

        其實無論用簡單的protel或者複雜的cadence工具，硬體設計大環節是一樣的（protel上的操作類似windwos，是post-command型的；而cadence的産品concept & allegro 是pre-command型的，用慣了protel，突然轉向cadence的工具，會不習慣就是這個原因）。設計大環節都要有①原理圖設計②pcb設計。③制作BOM表。

簡要談一下設計流程（步驟）：

1、原理圖庫建立。

        要将一個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（我們常常看到的是一個矩形（代表其IC BODY），周圍許多短線（代表IC管腳））。protel建立庫及其簡單，而且因為用的人多，許多元件都能找到現成的庫，這一點對使用者極為友善。應搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等差別。

2、原理圖制圖

        有了充足的庫之後，就可以在原理圖上畫圖了，按照datasheet和系統設計的要求，通過wire把相關元件連接配接起來。在相關的地方添加line和text注釋。wire和line的差別在于，前者有電氣屬性，後者沒有。wire适用于連接配接相同網絡，line适用于注釋圖形。這個時候，應搞清一些基本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。

3、生成網表

        做完這一步，我們就可以生成netlist了，這個netlist是原理圖與pcb之間的橋梁。原理圖是我們能認知的形式，電腦要将其轉化為pcb，就必須将原理圖轉化它認識的形式netlist，然後再處理、轉化為pcb。

4、ERC檢查

        得到netlist，馬上畫pcb？别急，先做ERC先。ERC是電氣規則檢查的縮寫。它能對一些原理圖基本的設計錯誤進行排查，如多個output接在一起等問題。（但是一定要仔細檢查自己的原理圖，不能過分依賴工具，畢竟工具并不能明白你的系統，它隻是純粹地根據一些基本規則排查。） 5、PCB制作

        從netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和數不清的飛線是不是讓你吓了一跳？呵呵，别急還得慢慢來。 确定闆框大小。在keepout區（或mechanic區）畫個闆框，這将限制了你布線的區域。需要根據需求好考慮闆長，闆寬（有時，還得考慮闆厚）。當然了，疊層也得考慮好。（疊層的意思就是，闆層有幾層，怎麼應用，比如闆總共4層，頂層走信号，中間第一層鋪電源，中間第二層鋪地，底層走信号）。