原理圖設計基本原則

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

因此制定《原理圖設計規范》的目的和出發點是為了培養硬件開發人員嚴謹、務實的工作作風和嚴肅、認真的工作態度，增強硬件開發人員的責任感和使命感，提高工作效率和開發成功率，保證產品質量。

原理圖設計基本原則：

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。

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進行選型，CPU選型有以下幾點要求：

性價比高；

容易開發：硬件調試工具種類多，參考設計多，軟件資源豐富，成功案例多；

可擴展性好。

3、參考成功案例：

針對已經選定的CPU芯片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產商或他們的合作方都會對每款CPU芯片做若干開發板進行驗證，廠家公開給用戶的參考設計圖雖說不是產品級的東西，也應該是經過嚴格驗證的，否則也會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的，當然如果萬一出現多個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，或者找廠商確認。

另外在設計之前，最好我們能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟件驗證，如果沒問題那么硬件參考設計也是可以信賴的，但要注意一點，現在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要選一種最適合的啟動模式，或者做成兼容設計。

4、對外圍器件選型：

根據需求對外設功能模塊進行元器件選型，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的盡量少使用冷偏芯片，減少風險；

高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，減少成本；

采購方便原則：盡量選擇容易買到，供貨周期短的元器件；

持續發展原則：盡量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件；

可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類比較多的元器件；

向上兼容原則：盡量選擇以前老產品用過的元器件；

資源節約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。

5、設計外圍電路

對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改，修改時對于每個功能模塊都要找至少3個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，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地少數服從多數，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，聯系芯片廠技術支持，最終確定科學、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設計。這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點：

對于每個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；

要多向權威請教、學習，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的理解和判斷，開發人員一定要在廣泛調查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定；

如果是參考已有的老產品設計，設計中要留意老產品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬件哪些功能模塊相關，在設計這些相關模塊時要更加注意推敲，不能機械照抄原來設計。

6、原理圖設計時遵循的基本原則

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設計過程，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”出來的原理圖，所以我們還是要隨時根據這些原則來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), 切換開關等對應的功能需標識清楚；

重要的控制或信號線需標明流向及用文字標明功能；

元件參數/數值務求準確標識. 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發方便，或者以小的硬件設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟件設計，這點需要硬件設計人員懂得底層軟件開發調試，要求較高；

功耗問題；

產品散熱問題，可以在功耗和發熱較大的芯片增加散熱片或風扇，產品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“溫室”是感冒的；還要考慮產品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動暢通的位置，有利于熱量散發出去。

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行嚴格審查，如發現問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則、步驟。

8、原理圖設計基本要求

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

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行嚴格審查，一旦設計出現問題，同樣反映了審核人員的水平、作風和態度；

普通原理圖設計，包括老產品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰；

對于功能復雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰；

原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點；

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；

對于重點設計的相關模擬電路產品，沒有主用芯片、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。

9、原理圖設計規范Checklist

審核編輯：湯梓紅