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硬件电路设计流程与方法

2021/9/17    来源:《中国西部科技》    作者:符启娜      
关键字:硬件电路设计  
硬件电路在设计方面的需求在实际应用环境发生改变时,自身的体积能效等也会发生改变,不同的电路系统,需求的条件也就不同。
1、分析硬件电路的设计需求

       硬件电路设计时所需要的条件也是需基于平台及项目所需的系统条件,设计所需条件也是对设计电路选择合适的原件的关键参考因素,必须要对此进行分析研究。此外,硬件电路在设计方面的需求在实际应用环境发生改变时,自身的体积能效等也会发生改变,不同的电路系统,需求的条件也就不同。

2、对硬件电路的原理图进行设计

       原理图的设计是硬件电路设计的核心部分,只有选择合适的电路器件、在设计的过程中进行严谨的计算与分析,并对此进行合理的数据搭配、正确采用仿真型工具进行与实际结合的应用,能够通过原理图的绘制,将设计出的技术用图像与文字展现出来。

       2.1 电路元件的选择

       对硬件电路系统中元件的正确选型是设计原理图过程中必不可少的环节。是否能选择到优质并适合的元器件,会直接影响到整个硬件电路系统性能的发挥程度,不能保障系统运作的可靠性,同时也会影响系统的使用寿命,造成后期对系统的维修保养成本。在进行元器件的选择时,应该根据实际情况,了解硬件电路系统的要求,明确所需元器件的参数,来进行合理的选用,还应该考虑到元器件自身的质量问题、购买成本、供货条件等方面,保障电路系统的正常运转,有效地减少成本的浪费。

       2.2 原理图的绘制过程

       在对元器件进行合理的选择之后,就可以采用新型工具软件来进行电路原理图的绘制,在绘制中还需要注意一些问题,首先是针对于初次使用的器件,必须要在使用前仔细阅读查看使用说明,对关键的参数信息有充分的了解,并能够按照规定标准进行使用。在使用过程中要注意对不成熟的电路进行多次试验,保障电路的成熟与安全性,保障操作人员自身的安全。在进行绘制时,需要根据信号的流向进行原理图的绘制,对于一些复杂电路的情况,需要结合实际,进行模块功能的分解,并对其添加详细的文字说明,增加原理图的可读性。

       还需要综合考虑到电路中的PCB性能,以及进行加工的工作效率。在设计工艺方面,尽可能缩短对硬件电路的加工时间,减少工艺流程。在设计原理图的绘制完成之后,还需要对其进行编译,为之后对原理图的检查工作提供便利,注意图中是否缺少网络的标号、是否出现信号源属性的绘制错误等,保障原理图的准确性。

       在原理图检查试验通过并合格之后,需要生成相关的网络表,这也是原理图到PCB的一个不可缺少的工序环节。只有前期避免错误的出现,才能有效提高网络表生成的效率,提高硬件电路系统设计的工作效益。

3、PCB的设计

       PCB的相关设计是需要根据电路的设计原理图为主要依据,来实现硬件电路的功能,满足技术规范所要求的可生产性、可测试性等,成功构建出产品工艺技术和质量都可以有充分优势的质量水平。

       3.1 制作PCB的物理边框

       制作出封闭的物理边框是PCB设计过程中所必需的平台,对设计后续的布局产生着一定的约束作用。在进行屋里边框绘制时一定要做到严格把控精准度,杜绝安装方面出现问题。在安装的过程中,采用安全性高的圆弧形边框,能够有效地减少施工人员出现危险。

       3.2 积极引进元器件和网络信息化

       在物理边框内引入元器件和网络,为后续的布局和布线做好充分的准备。也能够使得系统在更新PCB前,明确出所绘制的原理图与PCB关联的元器件是否能够及时使用。

       3.3 元器件的布局模式

       元器件的布局与布线模式对系统的使用寿命以及工作性能等都有着一定程度的影响。在进行布局时也需要遵守一定的规则。首先是元器件需要进行放置的顺序。必须要先放置与电路结构相关联需要固定放置的元器件,例如实际生活中所需的电源插座,指示灯开关等,在布局时先将位置固定好,避免后期施工时对其造成影响;之后再放置电路系统中所需要的特殊元器件,最后再进行小型元器件的放置。还需要考虑到特殊元器件的安放位置是否合理安全,例如,一些发热的元件在放置时需要靠近边缘,以便于自身的散热,注意不能集中放置,还需要远离电解电容,最大程度上满足电源与地面之间能够形成最短的电路回路。另一方面还应该考虑到对信号的隔离问题,例如,大部分高电压和大型电流之间产生的强信号需要与低电压和小电流所产生的弱信号进行隔离、模拟型信号与数字型信号隔离、高频信号与低频信号隔离等。而另外的一些非特殊型元器件的布局模式应该要考虑到如何使得整体连线可以缩短。对于结构相同的一些电路也可采用对称式的设计方法,来提高电路设计工作的效率、减小出现失误的情况,大大减少进行电路调试的时间,节省时间资源。在布局中还应该避免干涉到PCB工作的传输系统。在设计条件允许的情况下,同种类型的元器件可以按照相同的方向进行放置,对于封装相同的元器件进行等距离的放置,不仅能够提高放置美观,还为元件后期的贴装工艺、维修与保养提供了便利。

       3.4 电路板布线

       电路板布线的合理性能够有效地减少外部的环境因素会对信号产生一定的干扰,以及各方面的内部信号之间所产生的相互干扰,大幅度提高电路系统工作的可靠程度和安全性,同时也能够方便于对系统中产生的问题原因查找,便利修理工作的进行,极大地提高了产品的使用寿命。在进行布线时,需要严格注意布线的位置,注意模拟的部分要与数字的部分电源分离布线,注意隔离出不同电压产生的不同信号,减少使用穿孔等,还应考虑在布线时留出足够的工艺边框。另一方面还要重视布线中的长度和宽度。除所连接的地线之外,出现在同一块PCB板上导线的宽度应尽可能均匀一致,避免突然变粗或变细。此外还应该注重布线选取的角度。在进行布线时应该避免出现锐角和直角,采用135°角进行布线是最佳布置的角度。

       3.5 对工艺文件的处理

       在布线放置工作完成之后,还需要进行对个别元器件位置及结构大小进行调整与完善,为日后进行生产与维修保养提供一定程度的便利。之后可以采取覆铜工艺,在条件允许的情况下,还可以采用接地覆铜的方法。另外,还应该仔细核对实际施工状况是否与原理图所设计的相一致,在确认完成后,使用软件中的仿真功能对硬件电路的整体系统进行调试,保障能够正常运行。

4、结语

       在进行硬件电路设计的过程中,要注重每一个细节问题,这些问题都是极可能影响设计是否成功的关键因素。还要注重对电路设计工作人员专业素养的培训,开展定期学习与考核,保证工作人员的操作水平。对电路设计进行不断地创新与完善,推动硬件电路设计的发展,促进经济效益的提高。
 
责任编辑:程玥
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