硬件电路设计入门奉献系列（一）

硬件电路设计入门的一些必备知识和技巧

——献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人

       时光飞逝，离最初设计制作电路板已有2年多时间。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，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。信号完整性，电源完整性、EMI……准会把你搞晕。刚开始是痛苦的，俗语说不痛，则不通，初期的痛是成事的垫脚石，沉下心来，一件一件的把事情做好才能积累到经验和财富。

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（要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果）。

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）。立马复制粘贴吗？当然不是，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。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。

3、硬件电路设计主要部分

       硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb ，BOM表（物料清单）。原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。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（布局）在电路板上，然后根据飞线（也叫预拉线）连接其电信号（布线）。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。

4、设计工具

        用什么工具？Prote，也就是AD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。个人推荐使用cadence & allegro。

        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上的操作类似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②pcb设计。③制作BOM表。

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。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表（我们常常看到的是一个矩形（代表其IC BODY），周围许多短线（代表IC管脚））。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等区别。

2、原理图制图
        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。在相关的地方添加line和text注释。wire和line的区别在于，前者有电气属性，后者没有。wire适用于连接相同网络，line适用于注释图形。这个时候，应搞清一些基本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。

3、生成网表

        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。原理图是我们能认知的形式，电脑要将其转化为pcb，就必须将原理图转化它认识的形式netlist，然后再处理、转化为pcb。

4、ERC检查
        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。（但是一定要仔细检查自己的原理图，不能过分依赖工具，毕竟工具并不能明白你的系统，它只是纯粹地根据一些基本规则排查。）

5、PCB制作
        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。

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）。当然了，叠层也得考虑好。（叠层的意思就是，板层有几层，怎么应用，比如板总共4层，顶层走信号，中间第一层铺电源，中间第二层铺地，底层走信号）。