硬體晶片選型原理圖設計
阿新 • • 發佈：2019-01-21
詳細理解設計需求，從需求中整理出電路功能模組和效能指標要求；根據功能和效能需求制定總體設計方案，對CPU進行選型，CPU選型有以下幾點要求：
a）價效比高；
b）容易開發：體現在硬體除錯工具種類多，參考設計多，軟體資源豐富，成功案例多，但是比較難找；
c）可擴充套件性好；
針對已經選定的CPU晶片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產商或他們的合作方都會對每款CPU晶片做若干開發板進行驗證，比如440EP就有yosemite開發板和bamboo開發板，我們參考得是yosemite開發板，廠家最後公開給使用者的參考設計圖雖說不是產品級的東西，也應該是經過嚴格驗證的，否則也會影響到他們的晶片推廣應用，縱然參考設計的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連線使用方法也絕對是值得我們信賴的，當然如果萬一出現多個參考設計某些管腳連線方式不同，可以細讀CPU晶片手冊和勘誤表，或者找廠商確認；另外在設計之前，最好我們能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟體驗證，如果沒問題那麼硬體參考設計也是可以信賴的；但要注意一點，現在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要選一種最適合的啟動模式，或者做成相容設計；
根據需求對外設功能模組進行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則：
a）普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗證過的儘量少使用冷偏晶片，減少風險；
b）高性價比原則：在功能、效能、使用率都相近的情況下，儘量選擇價格比較好的元器件，減少成本；
c）採購方便原則：儘量選擇容易買到，供貨週期短的元器件；
d）持續發展原則：儘量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件；
e）可替代原則：儘量選擇pin to pin相容種類比較多的元器件；
f）向上相容原則：儘量選擇以前老產品用過的元器件；
g）資源節約原則：儘量用上元器件的全部功能和管腳；
對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改，修改時對於每個功能模組都要找至少3個相同外圍晶片的成功參考設計，如果找到的參考設計連線方法都是完全一樣的，那麼基本可以放心參照設計，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地少數服從多數，而是要細讀晶片資料手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯絡晶片廠技術支援，最終確定科學、正確的連線方式，如果仍有疑義，可以做相容設計；這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點：
a）對於每個功能模組要儘量找到更多的成功參考設計，越難的應該越多，成功參考設計是“前人”的經驗和財富，我們理當借鑑吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點；
b）要多向權威請教、學習，但不能迷信權威，因為人人都有認知誤差，很難保證對哪怕是最瞭解的事物總能做出最科學的理解和判斷，開發人員一定要在廣泛調查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定；
c）如果是參考已有的老產品設計，設計中要留意老產品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬體哪些功能模組相關，在設計這些相關模組時要更加註意推敲，不能機械照抄原來設計，比如我們老產品中的IDE經常出問題，經過仔細斟酌，廣泛討論和參考其他成功設計，發現我們的IDE介面有兩個管腳連線方式確實不規範；還有，針對FGPI通道丟視訊同步訊號的問題，可以在硬體設計中引出硬體同步訊號管腳，以便進一步驗證，更好發現問題的本質；
硬體原理圖設計還應該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個設計過程，雖然成功的參考設計中也體現了這些原則，但因為我們可能是“拼”出來的原理圖，所以我們還是要隨時根據這些原則來設計審查我們的原理圖，這些原則包括：
a）數字電源和模擬電源分割；
b）數字地和模擬地分割，單點接地，數字地可以直接接機殼地（大地），機殼必須接大地；
c）保證系統各模組資源不能衝突，例如：同一I2C總線上的裝置地址不能相同，等等；
d）閱讀系統中所有晶片的手冊（一般是設計參考手冊），看它們的未用輸入管腳是否需要做外部處理，如果需要一定要做相應處理，否則可能引起晶片內部振盪，導致晶片不能正常工作；
e）在不增加硬體設計難度的情況下儘量保證軟體開發方便，或者以小的硬體設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟體設計，這點需要硬體設計人員懂得底層軟體開發除錯，要求較高；
f）功耗問題；
g）產品散熱問題，可以在功耗和發熱較大的晶片增加散熱片或風扇，產品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“溫室”是感冒的；還要考慮產品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動暢通的位置，有利於熱量散發出去；
硬體原理圖設計完成之後，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審，自審後要達到有95%以上把握和信心，然後再提交他人稽核，其他稽核人員同樣按照以上要求對原理圖進行嚴格審查，如發現問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則、步驟；
只要開發和稽核人員都能夠嚴格按以上要求進行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬體開發人員設計出的電路板一版成功率都會很高的，所以我提出以下幾點：
a）設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是稽核，嚴格自審，不要把希望寄託在稽核人員身上，設計出現的任何問題應由設計人員自己承擔，其他稽核人員不負連帶責任；
b）其他稽核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進行嚴格審查，一旦設計出現問題，同樣反映了稽核人員的水平、作風和態度；
c）普通原理圖設計，包括老產品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰，有點吹噓之嫌；
d）對於功能複雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰；
e）原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點；
a）價效比高；
b）容易開發：體現在硬體除錯工具種類多，參考設計多，軟體資源豐富，成功案例多，但是比較難找；
c）可擴充套件性好；
針對已經選定的CPU晶片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產商或他們的合作方都會對每款CPU晶片做若干開發板進行驗證，比如440EP就有yosemite開發板和bamboo開發板，我們參考得是yosemite開發板，廠家最後公開給使用者的參考設計圖雖說不是產品級的東西，也應該是經過嚴格驗證的，否則也會影響到他們的晶片推廣應用，縱然參考設計的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連線使用方法也絕對是值得我們信賴的，當然如果萬一出現多個參考設計某些管腳連線方式不同，可以細讀CPU晶片手冊和勘誤表，或者找廠商確認；另外在設計之前，最好我們能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟體驗證，如果沒問題那麼硬體參考設計也是可以信賴的；但要注意一點，現在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要選一種最適合的啟動模式，或者做成相容設計；
根據需求對外設功能模組進行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則：
a）普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗證過的儘量少使用冷偏晶片，減少風險；
b）高性價比原則：在功能、效能、使用率都相近的情況下，儘量選擇價格比較好的元器件，減少成本；
c）採購方便原則：儘量選擇容易買到，供貨週期短的元器件；
d）持續發展原則：儘量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件；
e）可替代原則：儘量選擇pin to pin相容種類比較多的元器件；
f）向上相容原則：儘量選擇以前老產品用過的元器件；
g）資源節約原則：儘量用上元器件的全部功能和管腳；
對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改，修改時對於每個功能模組都要找至少3個相同外圍晶片的成功參考設計，如果找到的參考設計連線方法都是完全一樣的，那麼基本可以放心參照設計，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地少數服從多數，而是要細讀晶片資料手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯絡晶片廠技術支援，最終確定科學、正確的連線方式，如果仍有疑義，可以做相容設計；這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點：
a）對於每個功能模組要儘量找到更多的成功參考設計，越難的應該越多，成功參考設計是“前人”的經驗和財富，我們理當借鑑吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點；
b）要多向權威請教、學習，但不能迷信權威，因為人人都有認知誤差，很難保證對哪怕是最瞭解的事物總能做出最科學的理解和判斷，開發人員一定要在廣泛調查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定；
c）如果是參考已有的老產品設計，設計中要留意老產品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬體哪些功能模組相關，在設計這些相關模組時要更加註意推敲，不能機械照抄原來設計，比如我們老產品中的IDE經常出問題，經過仔細斟酌，廣泛討論和參考其他成功設計，發現我們的IDE介面有兩個管腳連線方式確實不規範；還有，針對FGPI通道丟視訊同步訊號的問題，可以在硬體設計中引出硬體同步訊號管腳，以便進一步驗證，更好發現問題的本質；
硬體原理圖設計還應該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個設計過程，雖然成功的參考設計中也體現了這些原則，但因為我們可能是“拼”出來的原理圖，所以我們還是要隨時根據這些原則來設計審查我們的原理圖，這些原則包括：
a）數字電源和模擬電源分割；
b）數字地和模擬地分割，單點接地，數字地可以直接接機殼地（大地），機殼必須接大地；
c）保證系統各模組資源不能衝突，例如：同一I2C總線上的裝置地址不能相同，等等；
d）閱讀系統中所有晶片的手冊（一般是設計參考手冊），看它們的未用輸入管腳是否需要做外部處理，如果需要一定要做相應處理，否則可能引起晶片內部振盪，導致晶片不能正常工作；
e）在不增加硬體設計難度的情況下儘量保證軟體開發方便，或者以小的硬體設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟體設計，這點需要硬體設計人員懂得底層軟體開發除錯，要求較高；
f）功耗問題；
g）產品散熱問題，可以在功耗和發熱較大的晶片增加散熱片或風扇，產品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“溫室”是感冒的；還要考慮產品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動暢通的位置，有利於熱量散發出去；
硬體原理圖設計完成之後，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審，自審後要達到有95%以上把握和信心，然後再提交他人稽核，其他稽核人員同樣按照以上要求對原理圖進行嚴格審查，如發現問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則、步驟；
只要開發和稽核人員都能夠嚴格按以上要求進行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬體開發人員設計出的電路板一版成功率都會很高的，所以我提出以下幾點：
a）設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是稽核，嚴格自審，不要把希望寄託在稽核人員身上，設計出現的任何問題應由設計人員自己承擔，其他稽核人員不負連帶責任；
b）其他稽核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進行嚴格審查，一旦設計出現問題，同樣反映了稽核人員的水平、作風和態度；
c）普通原理圖設計，包括老產品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰，有點吹噓之嫌；
d）對於功能複雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰；
e）原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點；