费曼学习法Day02
2019-10-03 本文已影响0人
SpringBear_KISS
Why
我从事硬件设计工作N年了，经常有小伙伴对什么是硬件设计感到迷惑，这次想结合网上的一篇非常好的文章「什么是硬件设计」，费曼一下这个话题。
What
「硬件设计」就是根据产品经理的需求PRS（Product Requirement Specification），在COGS(Cost of Goods Sale)的要求下，利用目前业界成熟的芯片方案或者技术，在规定时间内完成符合PRS功能(Function)，性能(Performance)，电源设计（Power Supply)， 功耗(Power Consumption)，散热(Thermal/Cooling)，噪音（Noise），信号完整性(Signal Integrity)， 电磁辐射（EMC/EMI)，安规(Safety)，器件采购(Component Sourcing)，可靠性(Reliability)，可测试性（DFT: design for test），可生产性（DFM：design for manufacture)等要求的硬件产品（注意：是产品不是开发板）。
硬件设计要素
How
要成为一名优秀的硬件设计工程师，就需要围绕硬件设计的11项要素开展工作。结合我从事汽车电控领域的经历谈谈我的理解。
- 成本Cost：
硬件工程师在设计前一定要得到该产品的成本框，这个是我们设计的非常重要的输入和边界。很多设计到最后无法发布，就是前期成本边界没有确定好导致的。很多行业对价格是很敏感的。需考虑通用器件，电路模块化，建立公司的器件库等，把BOM的采购成本降到最低。- 信号完整性Signal Integrity：
汽车电子随着域控制、自动驾驶等技术的应用，高速信号也逐渐加入进来，信号完整性也越来越是个问题。信号完整性考虑的问题主要有振铃、串扰、接地反弹、扭曲、信号损失和电源供应中的噪音。- 电源设计Power Supply：
通常只有大些的公司有专门的电源设计工程师，我了解的很多主机厂、很多供应商等都因为人力资源等问题都没有。所以对硬件工程师来说，基本的Power设计能力还是很重要的。- 安规Safety：
这个接口究竟要抗多大的电压，电流打击？这就要好好考虑用什么器件了。- 电磁兼容EMC/EMI:
主要是针对各个国家的相应规范（安规也是），对于各种可能产生辐射的信号都充分考虑好退耦，滤波等。- 功耗(Power Consumption)：
现在都提倡环保，HW必须考虑省电，比如用效率更高的电源电路，用PWM替代LDO，效率更高的转换拓扑等。- 散热(Thermal/Cooling)：
汽车电控来说，主要是EPB、MCU、EMS、EPS等有驱动控制的控制器重点要考虑散热问题。从PCB的布局，到散热片使用，到风扇的使用等，都有很多考虑。- 噪音（Noise）：
扇热用的风扇、不良设计导致的电感啸叫等都会带来噪声，这就需要平衡风扇数量，转速，风向，控制等因素。- 器件采购(Component Sourcing)：
HW选用的器件必须遵循公司的采购原则。确保器件的品质、种类、成本等可控。- 可靠性(Reliability)：
必须做可靠性分析，引用验证过的可靠电路，进行冗余设计等。- 可测试性（DFT: design for test）/可生产性（DFM：design for manufacture)：
主要针对于工厂的考虑，必须考虑到方便工厂的生产测试，方便生产，如果你的测试很复杂，会大大降低生产线的产能和良率，进而影响供货以及生产成品。
How Good
软件问题汽车上大多可以BootLoader升级，好的甚至支持OTA升级了。但硬件问题整改周期很长，还涉及到成本变化等就非常麻烦。如果硬件工程师都能关注硬件设计11要素，这样可以避免产品做完了发到市场上，出现灾难性的问题。
