從事硬件多年，在開始帖子分類的時候，就專門設置了一個專欄，奈何自己比較懶，加之自己可能認識比較片面，所以一直沒有動筆。但是每次看到這個專欄空空如也，始終想完善一下。所以今天就大膽動筆，和大家分享一些我的硬件設計思路與方法，希望能夠對大家硬件電路設計有所幫助。以下觀點或論述只代表作者的一家之言，如有不同意見，歡迎大神們留言討論。也歡迎大家評論，點贊，轉發。

硬件電路是電子產品實現功能的物理載體，電子產品的功能都是依靠硬件電路實現的。但是當前很多公司對硬件的重視程度往往不夠，究其原因因為硬件設計的投入很大，光儀器設備一項的投入，都讓很多公司望而卻步。導致很多公司玩不起，不想玩。導致很多硬件工程師往往從事硬件助理的工作，遇到問題改一改，試一下。很難形成系統性的工作思路和工作流程。很少從源頭上對問題就形成閉環處理。硬件問題發現的越早，影響越小，帶來的損失越小。

一、 硬件電路設計之需求分析

公司在進行項目立項之前，都會對產品進行定位，明確產品需要實現什么功能。通常會有一個功能列表，然后進行需求細化。最后會形成一個需求分析列表，組織項目開工會，然后分發給對應的硬件、軟件、機構、測試等部門。

硬件工程師拿到需求列表之后，首先需要明確哪些功能是需要硬件實現。哪些軟件可以實現，硬件也可以實現，這個時候需要和軟件部門明確清楚，誰來實現這些功能。其次對需要硬件實現的功能再次進行需求細化，細化到具體那些電路來實現對應的功能。需求分析與細化是硬件電路設計的方向，所有硬件電路都是基于這些需求來進行設計。需求分析也是對硬件方案選型進行明確。

二、硬件電路設計之方案選型

我們在產品功能實現的時候會發現，可以使用A方案，也可以使用B方案，遇到這樣的問題該怎么處理呢？如下幾點建議供大家參考。

1、 對比成本差異：

產品都是需要盈利的，在硬件設計的時候內心始終要有成本意識，成本是決定產品是否可以成功的重要因素之一，成本便宜可以大大增加產品的競爭力。這里的成本包含幾個方面，1）是物料本身的成本。2）是研發成本。3）使用該方案周圍配套電路等綜合性成本。4）加工成本等

2、 對比方案成熟度：

方案選型的時候，往往會出現A方案已經成熟應用，B方案是新方案，剛剛推向市場，沒有經過市場檢驗。這個時候需要慎重考慮。如項目進度比較急，建議使用成熟方案。如果項目有預演時間建議選擇新方案，新方案往往有成本優勢，或性能有很大的提升。作為技術儲備或Plan B非常有必要。

3、 對比方案的性能優勢：

方案選型出現AB兩種方案的時候，兩種方案的性能上的往往有差異的。這時候需要清楚自己關注的性能是哪些。比如對于音頻方案的選型，我們最關注它的聲音還原度、回音抵消、降噪處理等重要的性能指標等。比如對sensor的選型，我們關注的是像素、接口、視角等關鍵指標。

4、方案供應商的支持力度:

對于需要依賴供應商支持的方案，選擇的時候要關注與供應商的配合度等。

方案選型對于產品的性能質量有很大影響，方案選型是硬件設計的關鍵之一。對于全新功能的產品，產品方案選型可以參考市場上同類功能產品樣機。這樣可以省去很多時間，又可以比較精準的找到對應成熟的方案。

三、硬件電路設計之設計框圖

硬件設計框圖在硬件電路設計中是非常重要的一個環節，很多硬件工程師在設計的時候往往忽略這一點，導致產品的設計出現功能性缺失，性能指標不達標，產品可靠性差等問題。硬件設計框圖是整理電路邏輯絕佳的方法。通過硬件設計框圖，可以詳細分析產品的邏輯、信號的邏輯流向、功能板的對接等。

硬件設計框圖設計對于復雜的項目至關重要。通過硬件框圖的評審可以check產品功能是否有缺失、信號流向是否正確、邏輯選擇是否正確。同時也為原理圖設計打下設計稿，在原理圖設計時候做到心里有數，不盲目。

下圖是IPC板子設計框圖供參考。

硬件框圖設計還包含電源樹設計，這個是電路中隱形的框圖，很多問題都是因為電源的設計余量不夠導致電源異常，電源設計需要自下而上進行設計。首先要了解電路中各個模塊的需要電源情況，然后匯總，最后進行整體設計。如下圖表HISI方案IPC板子電源樹設計。

四、硬件電路設計之原理圖&PCB設計

原理圖設計是硬件設計的關鍵，原理圖的正確性是產品成功的關鍵，也是減少調試和改板的關鍵。那么原理圖要怎樣保證正確呢？建議大家從以下幾點入手：

1、 原理圖繪制規范性

對新器件在開始畫symbol的時候，建議要根據應用電路進行繪制symbol，不建議按照PIN腳序進行排列，在繪制的時候建議按照symbol中各個模塊進行分類，這樣在繪制原理圖的時候才能夠做到信號流向清晰。

繪制原理圖時，建議做到緊耦合，一個功能模塊的原理圖盡量放置在一頁，并做好原理圖模塊的文字說明。連接器接口盡量使用文字進行功能描述。

2、 原理圖網絡命名規范性

原理圖信號網絡命名需要規范，比如電源模塊請表示出電源電壓。控制信號請標出信號流向等等，如下表供參考。

3、 原理圖自檢和互檢

繪制完成原理圖之后首先要自檢:主要從這個幾個方面進行自檢：

1）網絡連通性檢查，檢查是否有單點網絡，網絡漏連等問題。

2）電路設計裕量是否滿足設計要求，如電阻電容電感的通流耐壓是否滿足條件。

3）設計規范性檢查即網絡命名是否規范，信號流向標記方向是否正確。

4）一些低級性錯誤，比如網絡連接錯誤，沒有連接上，漏器件等。

原理圖互檢:請其他工程師幫忙檢視，因為每個人的思維都有局限性，通過他人互檢可以發現自己發現不了的問題，還能夠發現自己的認知錯誤。

原理圖的正確性主要依靠繪制者，責任主體也是繪制者。這里分享一個我認為比較好經驗，就是對原理圖反復的檢視，自己檢視三遍以上，很多時候能發現很多錯誤或不規范的設計。書讀百遍其意自現和這個是一個道理。

PCB設計在這里不在贅述，我的另外一個帖子有詳細的介紹，有興趣的小伙伴可以去看看，歡迎大家點贊、評論、收藏。

五、硬件電路設計之硬件電路知識儲備

硬件設計的基礎就是硬件電路的知識儲備，沒有硬件知識的儲備所有的硬件電路設計都是空中樓閣。那么怎樣提升自己的硬件知識儲備呢？以下和大家分享幾點：

1、 通過閱讀相關硬件設計的書籍

這里向大家推薦幾本書

1)《高速電路設計實踐》作者王劍宇，這本書比較系統的介紹了電路設計中一些基礎概念和設計方法，配合作者遇到問題進行講解比較深入。

2）《精通電源開關設計》這本書對電源設計進行深入的介紹。

3）《晶體管電路設計》作者是鈴木雅臣，這本書比較詳細的介紹了晶體管的應用。

2、 做好問題案例分析

在實際的硬件調試過程中，對于典型問題，在問題解決后，建議形成案例文檔。這個過程中不僅可以整理分析問題的思路，將實際問題與理論相結合。而且可以在后面的硬件工作對照案例進行check防止類似問題再次出現。從而全面提升自己硬件設計能力。

3、仔細閱讀器件手冊

器件手冊對器件功能指標和如何使用都會做出詳細的說明，通過器件手冊不僅可以學到如何使用器件，理解器件性能。還可以做到觸類旁通，理解同類的器件使用和注意事項。

六、總結

做硬件多年總結出來幾點心得，給大家分享一下。

1、 戰戰兢兢，如履薄冰

2、 規范設計，可以減少很多低級錯誤

3、 硬件設計不是高精尖的核武器設計，可以通過努力學習，規范設計短期內提升。

4、硬件設計的核心是可靠性。