在網上許多關于硬件電路的經驗、知識讓人目不暇接。像信號完整性，EMI，PS設計準會把你搞暈。別急，一切要慢慢來。我想通過和大家探討一些自己關于硬件電路設計方面的心得，來個“拋轉引玉”，獻給那些剛開始或即將開始設計硬件電路的人，讓大家在“硬件電路設計”這條路上少走“彎路”。

1 總體思路

設計硬件電路，大的框架和架構要搞清楚，但要做到這一點還真不容易。有些大框架也許自己的老板、老師已經想好，自己只是把思路具體實現；但也有些要自己設計框架的，那就要搞清楚要實現什么功能，然后找找有否能實現同樣或相似功能的參考電路板（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 理解電路

如果你找到了的參考設計，那么恭喜你，你可以節約很多時間了（包括前期設計和后期調試）。馬上就copy？NO，還是先看懂理解了再說，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設計中的錯誤。

3 沒有找到參考設計？

先確定大IC芯片，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，都是硬件工程師的能力的體現，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，別人往往一句話就能點醒你，尤其是硬件設計。

4 硬件電路的三個主要設計部分

原理圖、PCB、物料清單（BOM）表。

原理圖設計就是將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涉及到實際的電路板，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），而將具體的元器件的封裝放置（布局）在電路板上，然后根據飛線（也叫預拉線）連接其電信號（布線）。

完成了PCB布局布線后，要用到哪些元器件應該有所歸納，所以我們將用到BOM表。

5 用什么工具？

Prote，也就是altimuml容易上手，在國內也比較流行，應付一般的工作已經足夠，適合初入門的設計者使用。

其實無論用簡單的protel或者復雜的cadence工具，硬件設計大環節是一樣的（protel上的操作類似windwos，是post-command型的；而cadence的產品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；

2）PCB設計；

3）制作BOM表。

下面簡要談一下設計流程（步驟）

（1）原理圖庫建立。要將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創建庫及其簡單，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方便。應搞清楚icbody，icpins，inputpin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等區別。

（2）有了充足的庫之后，就可以在原理圖上畫圖了，按datasheet和系統設計的要求，通過wire把相關元件連接起來。在相關的地方添加line和text注釋。

wire和line的區別在于，前者有電氣屬性，后者沒有。wire適用于連接相同網絡，line適用于注釋圖形。這個時候，應搞清一些基本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。

（3）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，電腦要將其轉化為pcb，就必須將原理圖轉化它認識的形式netlist，然后再處理、轉化為pcb。

（4）得到netlist，馬上畫pcb？別急，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，它只是純粹地根據一些基本規則排查。）

（5）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嚇了一跳？呵呵，別急還得慢慢來。

（6）確定板框大小。在keepout區（或mechanic區）畫個板框，這將限制了你布線的區域。需要根據需求好考慮板長，板寬（有時，還得考慮板厚）。當然了，疊層也得考慮好。

（疊層的意思就是，板層有幾層，怎么應用，比如板總共4層，頂層走信號，中間第一層鋪電源，中間第二層鋪地，底層走信號）。

先解釋一下（2）中的術語。post-command，例如我們要拷貝一個object（元件），我們要先選中這個object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V（copy命令發生在選中object之后）。這種操作windows和protel都采用的這種方式。

但是concept就是另外一種方式，我們叫做pre-command。同樣我們要拷貝一個東西，先按ctrl+C，然后再選中object，再在外面單擊（copy命令發生在選中object之前）。

1）確定完板框之后，就該元件布局（擺放）了，布局這步極為關鍵。它往往決定了后期布線的難易。哪些元器件該擺正面，哪些元件該擺背面，都要有所考量。

但是這些都是一個仁者見仁，智者見智的問題;從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣。其實自己畫了原理圖，明白所有元件功能，自然對元件擺放有清楚的認識（如果讓一個不是畫原理圖的人來擺放元件，其結果往往會讓你大吃一驚^_^）。

對于初入門的，注意模擬元件，數字元件的隔離，以及機械位置的擺放，同時注意電源的拓撲就可以了。

2）接下來就是布線。這與布局往往是互動的。有經驗的人往往在開始就能看出哪些地方能布線成功。如果有些地方難以布線還需要改動布局。

對于fpga設計來說往往還要改動原理圖來使布線更加順暢。布線和布局問題涉及的因素很多，對于高速數字部分，因為牽扯到信號完整性問題而變得復雜，但往往這些問題又是難以定量或即使定量也難以計算的。所以，在信號頻率不是很高的情況下，應以布通為第一原則。

3）OK了？別急，用DRC檢查檢查先。這是一定要檢查的。DRC對于布線完成覆蓋率以及規則違反的地方都會有所標注，按照這個再一一的排查，修正。

4）有些PCB還要加上敷銅（可能會導致成本增加），將出線部分做成淚滴（工廠也許會幫你加）。最后的PCB文件轉成gerber文件就可交付PCB生產了。（有些直接給PCB也成，工廠會幫你轉gerber）。

5）要裝配PCB，準備bom表吧，一般能直接從原理圖中導出。但是需要注意的是，原理圖中哪些部分元件該上，哪些部分元件不該上，要做到心理有數。

對于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便（大公司往往要專業軟件來管理）。而對于新手而言，第一個版本，不建議直接交給裝配工廠或焊接工廠將bom的料全部焊上，這樣不便于排查問題。最好的方法就是，根據bom表自己準備好元件。等到板來了之后，一步步上元件、調試。

責任編輯：lq6