原理圖設計規范

1.1 目的

　　原理圖設計是產(chǎn)品設計的理論基礎，設計一份規范的原理圖對設計PCB、跟機、做客戶(hù)資料具有指導性意義，是做好一款產(chǎn)品的基礎。原理圖設計基本要求: 規范、清晰、準確、易讀。

　　因此制定此《規范》的目的和出發(fā)點(diǎn)是為了培養硬件開(kāi)發(fā)人員嚴謹、務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)和嚴肅、認真的工作態(tài)度，增強硬件開(kāi)發(fā)人員的責任感和使命感，提高工作效率和開(kāi)發(fā)成功率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 基本原則

1.2.1 確定需求：詳細理解設計需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標要求等

1.2.2 確定核心CPU：根據功能和性能需求制定總體設計方案，對CPU進(jìn)行選型，CPU選型有以下幾點(diǎn)要求：

• 性?xún)r(jià)比高

• 容易開(kāi)發(fā)：硬件調試工具種類(lèi)多，參考設計多，軟件資源豐富，成功案例多

• 可擴展性好

1.2.3 參考成功案例：　　

　　針對已經(jīng)選定的CPU芯片，選擇一個(gè)與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產(chǎn)商或他們的合作方都會(huì )對每款CPU芯片做若干開(kāi)發(fā)板進(jìn)行驗證，廠(chǎng)家公開(kāi)給用戶(hù)的參考設計圖雖說(shuō)不是產(chǎn)品級的東西，也應該是經(jīng)過(guò)嚴格驗證的，否則也會(huì )影響到他們的芯片推廣應用，縱然參考他們設計的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連接使用方法也絕對是值得我們信賴(lài)的，當然如果萬(wàn)一出現多個(gè)參考設計某些管腳連接方式不同，可以細讀CPU芯片手冊和勘誤表，或者找廠(chǎng)商確認。

　　另外在設計之前，最好我們能外借或者購買(mǎi)一塊選定的參考板進(jìn)行軟件驗證，如果沒(méi)問(wèn)題那么硬件參考設計也是可以信賴(lài)的，但要注意一點(diǎn)，現在很多CPU都有若干種啟動(dòng)模式，我們要選一種最適合的啟動(dòng)模式，或者做成兼容設計。

官網(wǎng)資料：http://www.nordicsemi.com/eng/Products/Bluetooth-Smart-Bluetooth-low-energy/nRF51822/

官方論壇：https://devzone.nordicsemi.com/questions/

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1.2.4 對外圍器件選型：

　　根據需求對外設功能模塊進(jìn)行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則：

• 普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗證過(guò)的盡量少使用冷偏芯片，減少風(fēng)險；

• 高性?xún)r(jià)比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價(jià)格比較好的元器件，減少成本；

• 采購方便原則：盡量選擇容易買(mǎi)到，供貨周期短的元器件；

• 持續發(fā)展原則：盡量選擇在可預見(jiàn)的時(shí)間內不會(huì )停產(chǎn)的元器件；

• 可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類(lèi)比較多的元器件；

• 向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過(guò)的元器件；

• 資源節約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。

1.2.5 設計外圍電路

　　對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進(jìn)行修改，修改時(shí)對于每個(gè)功能模塊都要找至少3個(gè)相同外圍芯片的成功參考設計，如果找到的參考設計連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設計，但即使只有一個(gè)參考設計與其他的不一樣，也不能簡(jiǎn)單地少數服從多數，而是要細讀芯片數據手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯(lián)系芯片廠(chǎng)技術(shù)支持，最終確定科學(xué)、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設計。這是整個(gè)原理圖設計過(guò)程中最關(guān)鍵的部分，我們必須做到以下幾點(diǎn)：

• 對于每個(gè)功能模塊要盡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(jīng)驗和財富，我們理當借鑒吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點(diǎn)；

• 要多向權威請教、學(xué)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了解的事物總能做出最科學(xué)的理解和判斷，開(kāi)發(fā)人員一定要在廣泛調查、學(xué)習和討論的基礎上做出最科學(xué)正確的決定；

• 如果是參考已有的老產(chǎn)品設計，設計中要留意老產(chǎn)品有哪些遺留問(wèn)題，這些遺留問(wèn)題與硬件哪些功能模塊相關(guān)，在設計這些相關(guān)模塊時(shí)要更加注意推敲，不能機械照抄原來(lái)設計。

1.2.6 設計時(shí)遵循的基本原則

　　硬件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(gè)設計過(guò)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(lái)的原理圖，所以我們還是要隨時(shí)根據這些原則來(lái)設計審查我們的原理圖，這些原則包括：

• 數字電源和模擬電源分割；

• 數字地和模擬地分割，單點(diǎn)接地，數字地可以直接接機殼地（大地），機殼必須接大地；

• 各功能塊布局要合理, 整份原理圖需布局均衡. 避免有些地方很擠,而有些地方又很松, 同PCB 設計同等道理；

• 可調元件(如電位器), 切換開(kāi)關(guān)等對應的功能需標識清楚；

• 重要的控制或信號線(xiàn)需標明流向及用文字標明功能；

• 元件參數/數值務(wù)求準確標識. 特別留意功率電阻一定需標明功率值, 高耐壓的濾波電容需標明耐壓值；

• 保證系統各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線(xiàn)上的設備地址不能相同，等等；

• 閱讀系統中所有芯片的手冊（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，否則可能引起芯片內部振蕩，導致芯片不能正常工作；

• 在不增加硬件設計難度的情況下盡量保證軟件開(kāi)發(fā)方便，或者以小的硬件設計難度來(lái)?yè)Q取更多方便、可靠、高效的軟件設計，這點(diǎn)需要硬件設計人員懂得底層軟件開(kāi)發(fā)調試，要求較高；

• 功耗問(wèn)題；

• 產(chǎn)品散熱問(wèn)題，可以在功耗和發(fā)熱較大的芯片增加散熱片或風(fēng)扇，產(chǎn)品機箱也要考慮這個(gè)問(wèn)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(chǎn)品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動(dòng)暢通的位置，有利于熱量散發(fā)出去。

1.2.7 原理圖審核

　　硬件原理圖設計完成之后，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進(jìn)行自審，自審后要達到有95%以上把握和信心，然后再提交他人審核，其他審核人員同樣按照以上要求對原理圖進(jìn)行嚴格審查，如發(fā)現問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行討論分析，分析解決過(guò)程同樣遵循以上原則、步驟。

1.2.8 設計基本要求

　　只要開(kāi)發(fā)和審核人員都能夠嚴格按以上要求進(jìn)行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬件開(kāi)發(fā)人員設計出的電路板一版成功率都會(huì )很高的，所以提出以下幾點(diǎn)：

• 設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是審核，嚴格自審，不要把希望寄托在審核人員身上，設計出現的任何問(wèn)題應由設計人員自己承擔，其他審核人員不負連帶責任；

• 其他審核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進(jìn)行嚴格審查，一旦設計出現問(wèn)題，同樣反映了審核人員的水平、作風(fēng)和態(tài)度；

• 普通原理圖設計，包括老產(chǎn)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(guò)兩版將進(jìn)行績(jì)效處罰；

• 對于功能復雜，疑點(diǎn)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(guò)三版要進(jìn)行績(jì)效處罰；

• 原理圖封板標準為：電路板沒(méi)有任何原理性飛線(xiàn)和其他處理點(diǎn)；

• 每張原理圖都需有公司的標準圖框,并標明對應圖紙的功能,文件名,制圖人名/確認人名, 日期, 版本號；

• 對于重點(diǎn)設計的相關(guān)模擬電路產(chǎn)品，沒(méi)有主用芯片、外圍芯片以及芯片與芯片之間的連接方面的問(wèn)題。所以，元器件的選項尤為重要，對于硬件設計的一些基本原則一定要注意。