从接触电路板到设计，工程师真难！

时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与大家一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。

在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性、EMI、PS设计准会把你搞晕。

别急，一切要慢慢来。一个硬件工程师到底需要做什么，读完这篇文章，相信你就懂了。

其实搞硬件主要体现在这几方面，当然这是俺的总结，供大家参考：

1）总体思路。设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板。

2）理解电路。如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了（包括前期设计和后期调试）。马上就copy？NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。

3）没有找到参考设计？没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。

4）硬件电路设计主要是三个部分，原理图、pcb 、物料清单（BOM）表。原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。

pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表（网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁），而将具体的元器件的封装放置在电路板上，然后根据飞线连接其电信号。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。

5）用什么工具？Protel，也就是alTIum容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。

补充一下，其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的（protel上的 *** 作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept & allegro 是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因）。设计大环节都要有：1）原理图设计。2）pcb设计。3）制作BOM表。现在简要谈一下设计流程（步骤）：

1）原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等区别。

2）有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要求，通过wire把相关元件连接起来。

3）做完这一步，我们就可以生成netlist了，这个netlist是原理图与pcb之间的桥梁。

4）得到netlist，马上画pcb？别急，先做ERC先。ERC是电气规则检查的缩写。它能对一些原理图基本的设计错误进行排查，如多个output接在一起等问题。

5）从netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和数不清的飞线是不是让你吓了一跳？呵呵，别急还得慢慢来。

6）确定板框大小。在keepout区（或mechanic区）画个板框，这将限制了你布线的区域。需要根据需求好考虑板长，板宽（有时，还得考虑板厚）。

确定完板框之后，就该元件布局（摆放）了，布局这步极为关键。它往往决定了后期布线的难易。哪些元器件该摆正面，哪些元件该摆背面，都要有所考量。

但是这些都是一个仁者见仁，智者见智的问题;从不同角度考虑摆放位置都可以不一样。其实自己画了原理图，明白所有元件功能，自然对元件摆放有清楚的认识（如果让一个不是画原理图的人来摆放元件，其结果往往会让你大吃一惊^_^）。对于初入门的，注意模拟元件，数字元件的隔离，以及机械位置的摆放，同时注意电源的拓扑就可以了。

接下来就是布线。这与布局往往是互动的。有经验的人往往在开始就能看出哪些地方能布线成功。用DRC检查检查先，这是一定要检查的。DRC对于布线完成覆盖率以及规则违反的地方都会有所标注，按照这个再一一的排查，修正。

结下来，要装配pcb，准备bom表吧，一般能直接从原理图中导出。但是需要注意的是，原理图中哪些部分元件该上，哪些部分元件不该上，要做到心理有数。对于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便。

而对于新手而言，第一个版本，不建议直接交给装配工厂或焊接工厂将bom的料全部焊上，这样不便于排查问题。最好的方法就是，根据bom表自己准备好元件。等到板来了之后，一步步上元件、调试。

谈谈调试

1）拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供电看功能，硬件调试不可能一步调试完成的。先拿万用表看看关键网络是否有不正常，主要是看电源与地之间有否短路（尽管生产厂商已经帮你做过测试，这一步还是要自己亲自看看，有时候看起来某些步骤挺繁琐，但是可以节约你后面不少时间！），其实短路与否不光pcb有关，在生产制作的任何一个环节可能导致这个问题，IO短路一般不会造成灾难性的后果，但是电源短路就。

2）电源网络没短路？那么好，那就看看电源输出是否是自己理想的值，对于初学者，调试的时候最好IC一件件芯片上，第一个要上的就是电源芯片。

3）电源网络短路了？这个比较麻烦，不过要仔细看看自己原理图是否有可能这样的情况，同时结合割线的方法一步步排查倒底是什么地方短路了，是pcb的问题（一般比较烂的pcb厂就可能出现这种情况），还是装配的问题，还是自己设计的问题。关于检查短路还有一些技巧，这在今后登出。

3）电源芯片没有输出？检查检查你的电源芯片输入是否正常吧，还需要检查的地方有使能信号，分压电阻，反馈网络。

4） 电源芯片输出值不在预料范围？如果超过很离谱，比如到了10%，那么看看分压电阻先，这两个分压电阻一般要用1%的精度，这个你做到了没有，同时看看反馈网络吧，这也会影响你的输出电源的范围。

5）电源输出正常了，别高兴，如果有条件的话，拿示波器看看吧，看看电源的输出跳变是否正常。也就是抓取开电的瞬间，看看电源从无到有的情况（至于为什么要看着个，嘿嘿。。。专业人士还是要看的～）

另外，提醒大家的是，高速看的是信号沿，不是时钟频率。

1） 一般而言，时钟频率高的，其信号上升沿快，因此一般我们把它们当成高速信号;但反过来不一定成立，时钟频率低的，如果信号上升沿依然快的，一样要把它当成高速信号来处理。

根据信号理论，信号上升沿包含了高频信息（用傅立叶变换，可以找出定量表达式），因此，一旦信号上升沿很陡，我们应该按高速信号来处理，设计不好，很可能出现上升沿过于缓慢，有过冲，下冲，振铃的现象。比如，I2C信号，在超快速模式下，时钟频率为1MHz，但是其规范要求上升时间或下降时间不超过120ns！确实有很多板I2C就过不了关！

2）因此，我们更应该关注的是信号带宽。根据经验公式，带宽与上升时间（10%~90%）的关系

以上是俺的一些经验分享，希望对大家有些帮助。

     ------------------------------------电子发烧友技术大牛直播公告---------------------------------------
     

       点击此处即可免费参与  >>  100G超高速骨干网交换机系统的PCB设计与信号完整性仿真实战案例解析
       如何与嘉宾互动？
       在直播开始前在报名页面提问区提问或在直播时进入直播间留言即可与嘉宾互动。 
       电子发烧友直播缘起
       电子行业是一个垂直度很高对专注度要求极高的行业，很多人独自摸索前行，四处碰壁之后才得其门而入，还有更多人找不到那个入口，电子发烧友为了帮助工程师学习更高效，特邀请技术经验资深具有一定行业影响力的专家为大家带来技术经验分享，给予指引或经验借鉴，让工程师的成长之路多一个护航的领军人。