硬件电路板一板成的绝招-15年硬件设计经验分享(电路设计技巧)

启芯硬件 2024-08-12 20:37

【北京12.5号】无线前沿新技术与测试技术峰会 精密双向电流感应放大器设计方案

大家好，我是启芯。

从2009年开始到现在，我已经从事硬件单板电路设计有十五年了。

在这段不算短的时间里，我设计了各种各样的电路，有低速单片机系统也有28G 及以上的serdes高速接口;

有简单系统如单片机嵌入式智能硬件等，也有复杂的平板电脑和手机等产品线。

我从最开始的硬件设计漏洞百出，到最近几年基本能保证硬件电路一板成，极少有原理性的错误。

在这个过程中，除了不断吸取教训总结经验，还练就了不少绝招，不断迭代硬件设计流程，使用更多更好的设计工具，尽量避免错误（尤其是低级错误）的发生。今天，我向大家分享其中一个绝招，大家花几分钟看完，保证能对相关设计工作大有裨益。

1-怎么做？

我要分享的绝招是对芯片规格书或手册中重要硬件设计信息的深度处理，我称之为“芯片设计参数一张图”。字面意思很容易理解，即一张图包含所有主要的硬件设计、调试中最重要的信息等，以便高效且准确地进行硬件电路的设计调试工作。

这个绝招尤其对于复杂芯片最为适用，因为理论上芯片越复杂硬件设计更容易出错。经过大量的研发实践，我总结了芯片核心电气参数，时序，调试等数据，只需花几分钟将其列在一张图中，便于设计的快速导入，同时也对后期的调试工作提供的巨大的便利。

我先上图，让大家感受一下，然后再详细解释

我的方法是，在设计之前根据芯片的datasheet花5-10分钟制作这张图。

首先，我会找到芯片中电气信息最多的一张时序图；这个可能是该芯片中最为重要的一张图，也可能是一张表，或者状态机之类的，这个根据芯片的功能决定。

然后在图上列出感兴趣的电压、电压的网络名和电压值的对照，因为单看名字不知道DOVDD应该是1.8V还是1.2V, 电流等必备信息；

之后，我会添加时钟频率，以及i2c的电压要求以及地址信息；

最后，添加其他的核心控制信号，例如复位 reset 信号、使能 enable 信号或 powerdown 信号的电压要求等。

2-有什么好处

下面我来逐条解释这样做的巨大好处：

首先，找时序图是因为时序控制对于芯片启动阶段至关重要，时序是一切的基础，并且芯片电源设计的核心之一就是电源的时序设计。

第二，列出芯片用到主要电源轨的电压电流对应关系，电压网络和电压值对应关系，这个很好理解。主要是便于选择合适的外围电源芯片，给目标芯片供电。虽然电源选型有很多重要的参数，但最重要的是输入输出电压和输出电流这几项参数。如果能将这些参数放在一张设计图中，就能简化问题。

以这颗芯片为例，用到了三种电源，分别是2.8v, 1.8v, 1.2v. 电流也都列在后面，方便电源选型。

第三，时钟频率及电压要求。因为所有的硬件系统都需要参考时钟，时钟的主要硬件参数就是时钟频率和电压要求，比如常用的电压有 1.8V 和 3.3V，这个新手工程师很容易搞错，造成电路工作不正常。另外，如果系统是否对时钟的精度要求也要仔细核对，某些系统要求时钟 30-50ppm，晶振外围匹配电容不对，导致输出时钟精度不够会导致传输错误。

第四，i2c 的电压和地址信息。稍复杂一点的芯片都有 i2c 接口，这一块设计有几个要点：比如是否要加上拉？上拉到几 V，是1.8V 还是 3.3V，这个也是容易出错的点，有没有地址选择管脚，该管脚上下拉地址分别是什么？这个后续通讯验证会用到

最后，重要的控制管脚信息。比如重要的有复位信号reset和使能信号enable, 这里要特别注意，复位是高复位还是低复位，使能是高电平使能还是低电平使能？这些信号看起来很简单，但根据我的经验，也很容易出错，尤其是部分高电平复位，低电平使能的case, 很容易出错，如果是量产过程中出错就很严重了。另外，还有复位或使能的上拉电平问题，可能是是1.8V和3.3V，或者5V等，这个也要特别注意，如果信号上下拉不对，也会导致系统工作出错

大家可以再回过头看我上面分享的这张图，其中至少包含6个重要的信息，意味着如果没有总结这张图，那么需要至少翻看芯片手册中至少6个地方，才能凑齐全部有用信息，同时，这些信息是硬件设计和调试中最重要的部分，比如，从图中可以看出这颗芯片或模组是不需要控制上电时序的，其次，能看到AVDD, DOVDD, 及DVDD的实际电压和最大电流需求，这是电源供电电路设计中不可或缺的信息；以及芯片的时钟要求，为24MHz, 这为电路的起振电路提供了设计支持，以及I2C的地址信息，最后，整张图的基础部分是系统的实际工作时序，这个对系统调试很重要。

逐一查看，效率很低，会有大量的重复劳动，还容易出错，更容易忘记。比如

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