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，自己隻是把思路具體實現;但也有些要自己設計框架的，那就要搞清楚要實現什麼功能，然後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，那麼恭喜你，你可以節約很多時間了（包括前期設計和後期調試）。馬上就copy？NO
，還是先看懂理解了再說，一方麵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？ 沒關係。先確定大IC芯片，找datasheet，kanqiguanjiancanshushifoufuhezijideyaoqiu，naxiecaishizijixuyaodeguanjiancanshu，yijinengfoukandongzhexieguanjiancanshu，doushiyingjiangongchengshidenenglidetixian，zheyexuyaochangqidimanmandijilei。zheqijian，yaoshanyutiwen，yinweizijibudongdedongxi，bierenwangwangyijuhuajiunengdianxingni，youqishiyingjiansheji。

4）硬件電路設計主要是三個部分
，原理圖，pcb ，物料清單（BOM）表。原理圖設計就是將前麵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
，然後根據飛線（也叫預拉線）連接其電信號（布線）。完成了 pcb布局布線後
，要用到哪些元器件應該有所歸納，所以我們將用到BOM表。

5）用什麼工具
？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。

6）to be continued。

其實無論用簡單的protel或者複雜的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）製作BOM表。現在簡要談一下設計流程（步驟）：

1）原(yuan)理(li)圖(tu)庫(ku)建(jian)立(li)。要(yao)將(jiang)一(yi)個(ge)新(xin)元(yuan)件(jian)擺(bai)放(fang)在(zai)原(yuan)理(li)圖(tu)上(shang)，我(wo)們(men)必(bi)須(xu)得(de)建(jian)立(li)改(gai)元(yuan)件(jian)的(de)庫(ku)。庫(ku)中(zhong)主(zhu)要(yao)定(ding)義(yi)了(le)該(gai)新(xin)元(yuan)件(jian)的(de)管(guan)腳(jiao)定(ding)義(yi)及(ji)其(qi)屬(shu)性(xing)
，並(bing)且(qie)以(yi)具(ju)體(ti)的(de)圖(tu)形(xing)形(xing)式(shi)來(lai)代(dai)表(biao)（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ic body
，ic pins，input pin
，output pin， analog pin， digital pin

， power pin等區別。

2）有了充足的庫之後
，就可以在原理圖上畫圖了
，按照datasheet和係統設計的要求
，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的區別在於

，前者有電氣屬性，後者沒有。wire適用於連接相同網絡，line適用於注釋圖形。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，然後再處理、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，畢竟工具並不能明白你的係統，它隻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
？嗬嗬
，別急還得慢慢來。

6）確定板框大小。在keepout區（或mechanic區）畫個板框，這將限製了你布線的區域。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，怎麼應用
，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）。

7）to be continued.。

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，然後按ctrl+C，然後按ctrl+V（copy命令發生在選中object之後）。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，然後再選中object，再在外麵單擊（copy命令發生在選中 object之前）。

1）確定完板框之後，就該元件布局（擺放）了(le)，布(bu)局(ju)這(zhe)步(bu)極(ji)為(wei)關(guan)鍵(jian)。它(ta)往(wang)往(wang)決(jue)定(ding)了(le)後(hou)期(qi)布(bu)線(xian)的(de)難(nan)易(yi)。哪(na)些(xie)元(yuan)器(qi)件(jian)該(gai)擺(bai)正(zheng)麵(mian)，哪(na)些(xie)元(yuan)件(jian)該(gai)擺(bai)背(bei)麵(mian)
，都(dou)要(yao)有(you)所(suo)考(kao)量(liang)。但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)一(yi)個(ge)仁(ren)者(zhe)見(jian)仁(ren)
，智(zhi)者(zhe)見(jian)智(zhi)的(de)問(wen)題(ti);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^_^）。對於初入門的，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jie下xia來lai就jiu是shi布bu線xian。這zhe與yu布bu局ju往wang往wang是shi互hu動dong的de。有you經jing驗yan的de人ren往wang往wang在zai開kai始shi就jiu能neng看kan出chu哪na些xie地di方fang能neng布bu線xian成cheng功gong。如ru果guo有you些xie地di方fang難nan以yi布bu線xian還hai需xu要yao改gai動dong布bu局ju。對dui於yufpgashejilaishuowangwanghaiyaogaidongyuanlitulaishibuxiangengjiashunchang。buxianhebujuwentishejideyinsuhenduo，duiyugaosushuzibufen
，yinweiqianchedaoxinhaowanzhengxingwentierbiandefuza，danwangwangzhexiewentiyoushinanyidinglianghuojishidingliangyenanyijisuande。suoyi，zaixinhaopinlvbushihengaodeqingkuangxia，yingyibutongweidiyiyuanze。

3）OK了？別急，用DRC檢查檢查先。這是一定要檢查的。DRC對於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）。最後的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bombiaoba
，yibannengzhijiecongyuanlituzhongdaochu。danshixuyaozhuyideshi，yuanlituzhongnaxiebufenyuanjiangaishang
，naxiebufenyuanjianbugaishang，yaozuodaoxinliyoushu。duiyuxiaopilianghuoyanjiubaneryan，yongexcel自己管理倒也方便（大公司往往要專業軟件來管理）。而對於新手而言
，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，這樣不便於排查問題。最好的方法就是

，根據bom表自己準備好元件。等到板來了之後，一步步上元件、調試。

6）to be continued.。

再談談調試吧。

1）拿(na)到(dao)板(ban)第(di)一(yi)步(bu)做(zuo)什(shen)麼(me)，不(bu)要(yao)急(ji)急(ji)忙(mang)忙(mang)供(gong)電(dian)看(kan)功(gong)能(neng)，硬(ying)件(jian)調(tiao)試(shi)不(bu)可(ke)能(neng)一(yi)步(bu)調(tiao)試(shi)完(wan)成(cheng)的(de)。先(xian)拿(na)萬(wan)用(yong)表(biao)看(kan)看(kan)關(guan)鍵(jian)網(wang)絡(luo)是(shi)否(fou)有(you)不(bu)正(zheng)常(chang)
，主(zhu)要(yao)是(shi)看(kan)電(dian)源(yuan)與(yu)地(di)之(zhi)間(jian)有(you)否(fou)短(duan)路(lu)（盡管生產廠商已經幫你做過測試，這一步還是要自己親自看看，有時候看起來某些步驟挺繁瑣，但是可以節約你後麵不少時間！），其實短路與否不光pcb有關
，在生產製作的任何一個環節可能導致這個問題
，IO短路一般不會造成災難性的後果，但是電源短路就。。.。。.

2）電源網絡沒短路
？那麼好，那就看看電源輸出是否是自己理想的值

，對於初學者，調試的時候最好IC一件件芯片上
，第一個要上的就是電源芯片。

3）dianyuanwangluoduanlule？zhegebijiaomafan，buguoyaozaixikankanzijiyuanlitushifouyoukenengzheyangdeqingkuang，tongshijiehegexiandefangfayibubupaizhadaodishishenmedifangduanlule，shipcb的問題（一般比較爛的pcb廠就可能出現這種情況）

，還是裝配的問題，還是自己設計的問題。關於檢查短路還有一些技巧，這在今後登出。。.。。.

3）電源芯片沒有輸出？檢查檢查你的電源芯片輸入是否正常吧，還需要檢查的地方有使能信號，分壓電阻，反饋網絡。。.。。.

4）電源芯片輸出值不在預料範圍？如果超過很離譜
，比如到了10%，那麼看看分壓電阻先，這兩個分壓電阻一般要用1%的精度
，這個你做到了沒有，同時看看反饋網絡吧，這也會影響你的輸出電源的範圍。

5）電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)正(zheng)常(chang)了(le)

，別(bie)高(gao)興(xing)，如(ru)果(guo)有(you)條(tiao)件(jian)的(de)話(hua)，拿(na)示(shi)波(bo)器(qi)看(kan)看(kan)吧(ba)，看(kan)看(kan)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)跳(tiao)變(bian)是(shi)否(fou)正(zheng)常(chang)。也(ye)就(jiu)是(shi)抓(zhua)取(qu)開(kai)電(dian)的(de)瞬(shun)間(jian)
，看(kan)看(kan)電(dian)源(yuan)從(cong)無(wu)到(dao)有(you)的(de)情(qing)況(kuang)（至於為什麼要看著個，嘿嘿。。.。。.專業人士還是要看的～）

6）To be continued.。

這一節談談電源。

無疑電源設計是整個電路板最重要的一環。電源不穩定，其他啥都別談。我想不用balabala述說它究竟有多麼重要了。

在電源設計我們用得最多的場合是，從一個穩定的“高”電壓得到一個穩定的“低”電壓。這也就是經常說的DC-DC（直流-直流）


，而直流-直流中用得最多的電源穩壓芯片有兩種，一種叫LDO（低壓差線性穩壓器
，我們後麵說的線性穩壓電源
，也是指它），另一種叫PWM（脈寬調製開關電源，我們在本文也稱它開關電源）。我們常常聽到PWM的效率高
，但是LDO的響應快
，這是為什麼呢？別著急
，先讓我們看看它們的原理。
[page]
下麵會涉及一些理論知識
，但是依然非常淺顯易懂，如果你不懂
，嘿嘿
，得檢查一下自己的基礎了。

一）線性穩壓電源的工作原理


如圖是線性穩壓電源內部結構的簡單示意圖。我們的目的是從高電壓Vs得到低電壓Vo。在圖中，Vo經過兩個分壓電阻分壓得到V+
，V+被送入放大器（我們把這個放大器叫做誤差放大器）的正端，而放大器的負端Vref是電源內部的參考電平（這個參考電平是恒定的）。放大器的輸出Va連接到MOSFET的柵極來控製MOSFET的阻抗。Va變大時，MOSFET的阻抗變大;Va變小時，MOSFET的阻抗變小。MOSFET上的壓降將是Vs-Vo。

現在我們來看Vo是怎麼穩定的，假設Vo變小，那麼V+將變小，放大器的輸出Va也將變小

，這將導致MOSFET的阻抗變小
，這樣經過同樣的電流，MOSFET的壓差將變小


，於是將Vo上抬來抑製Vo的變小。同理
，Vo變大
，V+變大
，Va變大，MOSFET的阻抗變大
，經過同樣的電流，MOSFET的壓差變大，於是抑製Vo變大。

二）開關電源的工作原理


如上圖
，為了從高電壓Vs得到Vo，開關電源采用了用一定占空比的方波Vg1，Vg2推動上下MOS管，Vg1和Vg2是反相的
，Vg1為高，Vg2為低; 上MOS管打開時

，下MOS管關閉;下MOS管打開時，上MOS管關閉。由此在L左端形成了一定占空比的方波電壓，電感L和電容C我們可以看作是低通濾波器，因此方波電壓經過濾波後就得到了濾波後的穩定電壓Vo。Vo經過R1、R2分壓後送入第一個放大器（誤差放大器）的負端V+，誤差放大器的輸出Va做為第二個放大器（PWM放大器）的正端，PWM放大器的輸出Vpwm是一個有一定占空比的方波，經過門邏輯電路處理得到兩個反相的方波Vg1、Vg2來控製MOSFET的開關。


誤差放大器的正端Vref是一恒定的電壓，而PWM放大器的負端Vt是一個三角波信號，一旦Va比三角波大時，Vpwm為高;Va比三角波小時
，Vpwm為低，因此Va與三角波的關係，決定了方波信號Vpwm的占空比;Va高，占空比就低，Va低
，占空比就高。經過處理
，Vg1與Vpwm同相，Vg2與 Vpwm反相;最終L左端的方波電壓Vp與Vg1相同。如下圖
當Vo上升時
，V+將上升，Va下降，Vpwm占空比下降，經過們邏輯之後，Vg1的占空比下降，Vg2的占空比上升
，Vp占空比下降，這又導致Vo降低，於是Vo的上升將被抑製。反之亦然。

三）線性穩壓電源和開關電源的比較

懂得了線性穩壓電源和開關電源的工作原理之後
，我們就可以明白為什麼線性穩壓電源有較小的噪聲，較快的瞬態響應，但是效率差;而開關電源噪聲較大
，瞬態響應較慢，但效率高了。

線性穩壓電源內部結構簡單，反饋環路短，因此噪聲小，而且瞬態響應快（當輸出電壓變化時，補償快）。但是因為輸入和輸出的壓差全部落在了MOSFET上
，所以它的效率低。因此，線性穩壓一般用在小電流，對電壓精度要求高的應用上。

erkaiguandianyuan

，neibujiegoufuza，yingxiangshuchudianyazaoshengxingnengdeyinshuhenduo
，qieqifankuihuanluchang，yinciqizaoshengxingnengdiyuxianxingwenyadianyuan，qieshuntaixiangyingman。danshigenjukaiguandianyuandejiegou
，MOSFET處於完全開和完全關兩種狀態，除了驅動MOSFET，和MOSFET自己內阻消耗的能量之外，其他能量被全部用在了輸出（理論上L、C是不耗能量的
，盡管實際並非如此，但這些消耗的能量很小）。

先寫part 8，待到圖片能上傳再添補 part 6，7做為描述開關電源原理，以及LDO與開關電源比較之用。

這一部分澄清高速信號認識的一些誤區。

一）高速看的是信號沿，不是時鍾頻率。

1）一般而言
，時鍾頻率高的，其信號上升沿快，因此一般我們把它們當成高速信號;但(dan)反(fan)過(guo)來(lai)不(bu)一(yi)定(ding)成(cheng)立(li)

，時(shi)鍾(zhong)頻(pin)率(lv)低(di)的(de)
，如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)沿(yan)依(yi)然(ran)快(kuai)的(de)
，一(yi)樣(yang)要(yao)把(ba)它(ta)當(dang)成(cheng)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)來(lai)處(chu)理(li)。根(gen)據(ju)信(xin)號(hao)理(li)論(lun)
，信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)沿(yan)包(bao)含(han)了(le)高(gao)頻(pin)信(xin)息(xi)（用傅立葉變換，可以找出定量表達式），因(yin)此(ci)，一(yi)旦(dan)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)沿(yan)很(hen)陡(dou)
，我(wo)們(men)應(ying)該(gai)按(an)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)來(lai)處(chu)理(li)，設(she)計(ji)不(bu)好(hao)
，很(hen)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)上(shang)升(sheng)沿(yan)過(guo)於(yu)緩(huan)慢(man)，有(you)過(guo)衝(chong)，下(xia)衝(chong)，振(zhen)鈴(ling)的(de)現(xian)象(xiang)。比(bi)如(ru)，I2C信號，在超快速模式下，時鍾頻率為1MHz，但是其規範要求上升時間或下降時間不超過120ns！確實有很多板I2C就過不了關！

2）因此
，我們更應該關注的是信號帶寬。根據經驗公式，帶寬與上升時間（10%~90%）的關係為 Fw * Tr = 3.5

二）示波器選擇

1）henduorenzhuyidaoleshiboqidecaiyanglv，meiyouzhuyidaoshiboqidedaikuan。danwangwangshiboqidaikuanshiyigegengzhongyaodecanshu。yixierenyiweizhiyaoshiboqicaiyanglvmanzuchaoguoxinhaoshizhongpinlvdeliangbeijiuxingle，zheshidacuotecuo。cuowudeyuanyinshicuowudelijielecaiyangdingli。caiyangdingli1說明了當采樣頻率大於信號最大帶寬的兩倍，就能完美地恢複原信號。但是，采樣定理指的信號是帶限信號（帶寬是有限的），與現實中的信號嚴重不符。我們一般的數字信號

，除了時鍾之外，都不是周期的，從長時間來看，其頻譜是無限寬的;yaonengbuhuodaogaosuxinhao
，jiubunengduiqigaopinfenliangtaiduodeshizhen。shiboqidaikuanzhibiaoyucixixixiangguan。yinci，zhenzhengyaozhuyideyiranshiyongshiboqibuhuodexinhaodeshangshengyanshizhenzaiwomenkejieshoudefanwei。

2）那麼選多高帶寬的示波器才合適呢
？理論上5倍於信號帶寬的示波器捕獲的信號比原信號損失不到3%。如果要求損失更寬鬆

，那就可以選擇更低端的示波器。用到3倍於信號帶寬的示波器應該能滿足大多數要求。但是不要忘了你探頭的帶寬！

相關閱讀：

技術總結：單片機硬件設計經驗之談（一）
技術總結：單片機硬件設計經驗之談（二）
技術經驗：做嵌入式硬件設計需具備的基本功