硬件設計就是根據(jù)產(chǎn)品經(jīng)理的需求PRS(Product Requirement Specification)，在COGS(Cost of Goods Sale)的要求下，利用目前業(yè)界成熟的芯片方案或者技術(shù)，在規(guī)定時間內(nèi)完成符合PRS功能、性能、電源設計、功耗、散熱、噪音、信號完整性、電磁輻射、安規(guī)、器件采購、可靠性、可測試性、可生產(chǎn)性等要求的硬件產(chǎn)品。

　　可以看到，一個成功的硬件設計，主要功能的實現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分，而且基本來說，主要功能的實現(xiàn)主要是依靠芯片廠商提供的套片方案，一般來說為了降低風險，主要是參考套片方案的參考設計完成，芯片廠商也會提供包括器件封裝、參考設計、仿真模型、PCB參考等等全部資料，在芯片功能越來越復雜的今天，一個片子動不動就幾百上千個PIN，對于一個新項目來說，是沒有時間一頁頁去吃透每個PIN，每個輸入輸出的具體功能，電氣參數(shù)的，尤其是對于高速設計，比如DDR3接口、XAUI接口等等。

　　一般來說芯片廠商提供的參考設計就是他們經(jīng)過開發(fā)，驗證，測試的最佳方案了，很多情況就是你必須按照參考設計來做，否則硬件可能就有問題，一般來說就是信號完整性問題或者EMC問題。

　　芯片廠商提供越來越周到的服務，看起來硬件工程師HW的價值越來越低了，畢竟一個產(chǎn)品的核心功能或者技術(shù)一般都在ASIC或者FPGA里面了，HW一般沒有能力進行核心邏輯設計IC design， 畢竟這是跟HW設計并行的另一項工作，另一項也很復雜的工作。

　　對于這個問題，我也曾經(jīng)困惑過，總是感覺硬件設計沒有什么好搞的了，不就是抄抄參考設計，就跟組裝一臺電腦一樣組裝一個單板嘛。當然隨著項目經(jīng)驗的增多，尤其從事現(xiàn)在硬件系統(tǒng)級設計的角色，感覺原來自己考慮更多是從一名原理圖設計工程師的角度考慮問題。

　　就像開始說的，一個成功的硬件設計，功能Function只是一小部分，至于其他的因素和能力，一個HW的能力取決于能考慮因素越多，越深入，就越是一個 優(yōu)秀的HW工程師。

　　1、成本Cost：任何一個賣硬件產(chǎn)品的公司的主要盈利一般來說就是銷售價格-COGS，而COGS90%取決于設計，剩下就是生產(chǎn)成本了，這個價格一般來說比較透明，代工廠也很多，競爭激烈。雖然說設計成本60%也取決于主要芯片的價格(這個主要要靠公司高層跟芯片廠商談判的結(jié)果了，HW的作用有限，更多是系統(tǒng)工程師做決策用什么芯片能符合產(chǎn)品需求和軟件功能需求)，但是剩下的電阻，電容，電感，二極管，三極管，保護器件，接口器件，邏輯芯片，邏輯功能，小芯片，電源電路全都是HW做主了，當然有參考設計，不過一般來說參考設計為了更好體現(xiàn)芯片的良好性能，一般會選用比較貴的，性能更好的器件，這就要結(jié)合公司的器件庫進行取舍了。 我的經(jīng)驗是多看看公司的同類產(chǎn)品設計，看看大家主流是用什么器件，畢竟對于元器件來說，價格跟購買量有很大關(guān)系，不同的采購量導致的價格可能相差幾倍。

　　2、信號完整性：主要影響兩方面：EMC和時序Timing，不好的SI設計會有很強的過沖over/undershoot，尖峰Spike，這會造成對應頻率N諧振頻率的發(fā)射;不好的SI設計會導致High/low不穩(wěn)定，或者上升時間/下降時間Rising Time/Falling Time占數(shù)據(jù)周期過長，或者時鐘不穩(wěn)定，都會導致在接收端采樣Sample時出現(xiàn)誤判斷，實際上，接收端不會出錯，出錯的只是信號。 SI設計在原理圖設計來說，主要從阻抗匹配(串行電阻)上來解決，輔以適當?shù)耐笋顬V波電容;跟主要是在PCB上，一般來說PCB層數(shù)越多，SI會更好，當 然這里要跟Cost 進行一個取舍了。

　　3、電源設計：雖然一般大些的公司都有專門的電源設計工程師，不過對于HW來說，基本的Power設計能力還是很重要的，從道理上來說，任何電路都是一種電源，任何電路問題都可以歸結(jié)于一種電源問題，只有對于電源電路理解深入了，才能對于電路板理解跟深入，尤其是對于模擬電路問題，才能想到用模擬電路來設計一些簡單電路，而不是費力用邏輯電路來搭。

　　4、安規(guī)：對于接口電路來說，主要成本都在與安規(guī)器件，這個接口究竟要抗多大的電壓，電流打擊?這就要好好考慮用什么器件了，fuse? PTC? TVS?高壓電容?

　　5、電磁兼容： 主要是針對各個國家的相應規(guī)范(安規(guī)也是)，對于各種可能產(chǎn)生輻射的信號都充分考慮好退耦，濾波，對于歐盟來說一般是EN55022/EN55024，對于美國一般是FCC Part 15， 歐盟和美國的輻射標準略有不同，歐盟的標準稍微嚴格一些。

　　6、功耗：現(xiàn)在都提倡環(huán)保，運營商也是，HW也必須考慮省電，比如用效率更高的電源電路，用PWM替代LDO，效率更高的轉(zhuǎn)換拓撲。

　　7、散熱：芯片集成度越來越高，單芯片的功耗從幾瓦到現(xiàn)在的幾十瓦，散熱就是一個大問題，而且伴隨著接口的速率提高，接口芯片的功耗也在提高，造成整個系統(tǒng)就是：熱!這就需要好好考慮散熱問題，從PCB的布局，到散熱片Heatsink的使用，到風扇的使用，都有很多考慮。

　　8、噪音：風扇是散熱最好的辦法，但是帶來的問題就是噪聲，ITU對于通信設備的噪聲也有明確的規(guī)范，這就需要平衡風扇數(shù)量，轉(zhuǎn)速，風向，控制等因素。

　　9、器件采購：HW選用的器件必須得是Sourcing部門能夠采購到的，而且一般也要考慮second source的問題，和lead time的問題，不能說選用一個只有一個小公司生產(chǎn)的稀有器件，萬一這個器件EoL了，你是怎么辦?只能修改設計了，這就損失大了!

　　10、可靠性：整個系統(tǒng)MTBF的數(shù)值多少?風險最大的器件是什么?每個器件的工作Margin是百分之多少?

　　11、可測試性/可生產(chǎn)性：主要針對于工廠的考慮，必須考慮到方便工廠的生產(chǎn)測試，方便生產(chǎn)，如果你的測試很復雜，會大大降低生產(chǎn)線的產(chǎn)能和良率，進而影響供貨以及生產(chǎn)成品。

　　對于參考設計，我感覺最有用的地方主要是供電電路，退耦濾波電路以及Layout設計，至于總線連接，復位電路，時鐘電路，接口電路等等，一般來說都需要根據(jù)公司器件庫，設計案例以及業(yè)界主流器件/方案進行修改。所以千萬不要迷信參考電路，那只是參考，過分迷信參考設計，自己還沒搞清楚芯片具體功能/參數(shù)呢，就COPY過來，即使能夠工作，肯定在成本方面，生產(chǎn)方面有很多問題。

　　硬件設計制造流程

　　這兩年硬件的大潮席卷中國，什么智能硬件、什么硬件開源等等，層出不窮。

　　原理設計，只有原理上行得通，理論上才行得通。原理設計，也叫系統(tǒng)設計，需要全盤考慮把需求變成實際的產(chǎn)品。很多情況下這個不是難點，難得是怎么把系統(tǒng)想的全面。充分的考慮今后會發(fā)生什么事。因為從原理上牽扯到很多事情，物料，價格，產(chǎn)品大小，系統(tǒng)穩(wěn)定性，安全防護等等。一個好的原理設計者會讓硬件項目事半功倍，而不好的就會不斷出問題，不斷的重新設計。這也是硬件工程師越老越吃香的原因，因為一個老工程師的設計經(jīng)驗會讓項目少走很多彎路，節(jié)省時間和研發(fā)費用。

　　PCB設計(電路板設計)?，F(xiàn)在的硬件都是完成在電路板上的，只有電路板做的好，才能完全發(fā)揮原理上的功能和穩(wěn)定性。PCBlayout其實是一門技術(shù)苦力活，學起來不是很難，但是要做好久確很不容易，注意的事太多，一不小心就弄錯。要很好的空間感，要細心。

　　這里我只提一下幾個容易出問題的地方，PCB與結(jié)構(gòu)，阻抗設計，電源走向。

　　生產(chǎn)制造。中國現(xiàn)在已經(jīng)成為全球最大的電子生產(chǎn)基地。很多產(chǎn)品都是在中國里面完成制造的。一個產(chǎn)品在工廠生產(chǎn)出來只是一部分，還需要包括測試，組裝，庫存等方面。這其中的學問還是很深的。比如完成那些測試，怎么測試，在什么環(huán)境測試都是一門學問。

　　那么實際設計的步驟是怎樣?

　　1.硬件需求分析。

　　2.系統(tǒng)設計，原理圖設計。

　　3.PCB設計。

　　4.樣機制作。

　　5.測試檢驗。

　　6.如果滿足需求，準備轉(zhuǎn)批量生產(chǎn)，如果不滿足需求，又要從2重新開始。

　　7.量產(chǎn)開始。

　　這中間其實還涉及到原材料采購等等。為什么很多硬件設計不斷跳票，是因為他們公布的時間點很多是理想的時間點，量產(chǎn)開始后產(chǎn)量也不是一下就上去的，有很多因素制約著產(chǎn)量，特別是原材料的采購周期。一般的芯片的采購周期是6到8周，而且沒有預定或者備貨的話，芯片的量也不會很多。所以說那些開始限購的產(chǎn)品，但是如果幾個月或者半年都還在限制銷售的話，這就不得不懷疑這個公司的誠意了。