硬件大神们都是怎么搞定电路设计的？

一、设计总体思路

• 明确框架与借鉴成果：设计硬件电路需先搞清大框架和架构，有时框架由老板或老师给定，只需实现思路；有时则需自己设计，此时要明确实现功能并寻找参考电路板，有经验的工程师善于借鉴他人成果以节约时间。
• 理解电路与积累能力：找到参考设计应先理解再使用，可提高电路理解能力并避免错误。若未找到，先确定大 IC 芯片，查看其 datasheet 的关键参数是否符合要求，这体现硬件工程师能力且需长期积累，期间要善于提问。

二、设计流程详解

1. 原理图库建立：将新元件摆放在原理图上需建立库，定义管脚定义及属性并以图形代表，如矩形代表 IC BODY，短线代表 IC 管脚。Protel 创建库简单且元件库丰富，需搞清 ic body、ic pins、input pin、output pin、analog pin、digital pin、power pin 等区别。
2. 原理图设计：有充足库后，按 datasheet 和系统设计要求，用 wire 连接相关元件并在合适位置添加 line 和 text 注释，注意 wire 有电气属性用于连接相同网络，line 用于注释图形，要搞清 wire、line、bus、part、footprint 等基本概念。
3. 生成 netlist：完成原理图设计后生成 netlist，它是原理图与 pcb 之间的桥梁，电脑将原理图转化为 netlist 后再处理转化为 pcb。
4. ERC 检查：得到 netlist 后先进行 ERC（电气规则检查），排查原理图基本设计错误，但不能过分依赖工具，还需仔细检查原理图。
5. PCB 设计确定板框大小：在 keepout 区或 mechanic 区画板框，确定板长、板宽、板厚及叠层，如顶层走信号，中间第一层铺电源，中间第二层铺地，底层走信号。
   1. 元件布局：布局关键，决定后期布线难易，要考量元件摆放位置，初入门者注意模拟与数字元件隔离、机械位置摆放及电源拓扑，明白元件功能有助于合理布局。
   2. 布线：布线与布局互动，有经验者能预判布线难易，高速数字部分因信号完整性问题复杂，信号频率不高时以布通为原则。
   3. DRC 检查：布线完成后用 DRC 检查，排查覆盖率及规则违反问题并修正。
   4. 其他操作：有些 PCB 需敷铜、将出线部分做成泪滴，最后将 pcb 文件转成 gerber 文件交付生产，也可直接给 pcb 让工厂转 gerber。
6. BOM 表准备：一般可从原理图导出 BOM 表，注意原理图中元件的选用，新手不建议直接将 bom 料全部焊上，可根据 bom 表准备元件，逐步上件调试。

三、调试步骤

1. 初步检查：拿到板后先万用表检查关键网络是否短路，主要看电源与地之间，短路可能在生产制作任一环节产生，IO 短路一般后果不严重，电源短路则麻烦大。
2. 电源芯片调试：电源网络无短路后，先上电源芯片，检查电源输出是否为理想值。
3. 短路排查：若电源网络短路，结合割线排查短路位置，可能是 pcb、装配或设计问题。
4. 电源芯片输入检查：电源芯片无输出，检查输入是否正常，包括使能信号、分压电阻、反馈网络等。
5. 输出值异常检查：电源芯片输出值不在预料范围，超离谱时检查分压电阻精度及反馈网络，分压电阻一般用 1% 精度。
6. 电源输出监测：电源输出正常后，有条件用示波器看输出跳变是否正常，抓取开电瞬间电源从无到有的情况。

四、电源设计要点

1. 电源重要性：电源是电路板最重要一环，不稳定则其他无从谈起。
2. 常见电源稳压芯片：直流 - 直流转换中常用 LDO（低压差线性稳压器）和 PWM（脉宽调制开关电源）。
3. 线性稳压电源工作原理：从高电压 Vs 得到低电压 Vo，Vo 分压得到 V + 送入误差放大器正端，负端为恒定参考电平 Vref，放大器输出 Va 控制 MOSFET 阻抗，Vo 变化时通过反馈调节 MOSFET 阻抗稳定 Vo。
4. 开关电源工作原理：用一定占空比方波 Vg1、Vg2 推动上下 MOS 管，在 L 左端形成方波电压，经电感 L 和电容 C 滤波得到稳定电压 Vo，Vo 分压后送入误差放大器负端，误差放大器输出 Va 作为 PWM 放大器正端，PWM 放大器输出 Vpwm 经门逻辑处理得到 Vg1、Vg2 控制 MOSFET 开关，通过反馈调节占空比稳定 Vo。
5. 线性稳压电源与开关电源比较：线性稳压电源内部结构简单、反馈环路短，噪声小、瞬态响应快，但效率低，因输入输出压差全落在 MOSFET 上，适用于小电流、对电压精度要求高的应用；开关电源内部结构复杂、反馈环路长，噪声较大、瞬态响应慢，但效率高，MOSFET 处于完全开和完全关状态，能量利用率高。