自由读 — 7.3硬件设计专题

7.3.1 硬件设计常见风险

硬件设计常见风险如表7-3所示。

表7-3 硬件设计常见风险

序号	类别	风险项
1	设计	封装错误，新技术应用，新器件应用，器件优先等级改变，EMC、热、环境、安规、国际化设计，可制造性设计，新电缆应用，公用基础模块（CBB）成熟度，结构要素图设计错误，新型结构应用、接口、性能、软件限制
2	PCB	PCB设计可行性，PCBA加工实现，PCB设计时间不可控
3	单元、集成和系统测试	测试项的完整性，开发调试环境，测试时间不可控
4	采购	PCB板采购，器件采购，结构件采购，电缆采购
5	管理	人员变动或者不满足要求

7.3.2 单板硬件程序命名规范

按单板型号划分，如半成品名称+工位号+待烧录芯片类型+程序日期+后缀名。其中，工位号为待烧录芯片在单板上的工位号，芯片类型如单片机MCU、Flash简称FL，程序日期为硬件程序的编制日期，后缀名为硬件程序的后缀名。按平台划分，如平台+型号+程序日期+后缀名。型号指整机型号，也可以是芯片型号。日期为程序生成的日期，后缀名为硬件程序的后缀名。

如果多个BOM共用一个硬件程序，以第一个单板命名。有替代物料时，分别用两个不同的程序，加上芯片名称备注。

7.3.3 PCB布局及布线要求

PCB布局及布线要求如表7-4所示。

表7-4 PCB布局及布线要求

序号

类别

内容

布局要求

² 遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局；

² 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件；

² 布局应尽量满足总的连线尽可能短，关键信号线最短，高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开，模拟信号与数字信号分开，高频信号与低频信号分开，高频元器件的间隔要充分，交叉线最少，过孔最少，地线层和电源层没有连线，高频数字信号的间隔要大，尽量减少电源地层与信号层层距布线；

² 相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；

² 按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局；

² 器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50~100 mil，小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格设置应不少于25mil

布线要求

² 关键信号线优先，电源、模拟信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线；

² 密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线；

² 增加线间距，减少平行走线长度；

² 增加线宽度，降低其特性阻抗；

² 重要信号间可采用平行地线的方法隔离；

² 尽可能少折线，不走90度折线；

² 少走过孔；

² 重要线不要走插座脚间穿过，频率高的线也应尽量避免

7.3.4 硬件度量指标

常见的硬件度量指标包括硬件进度偏差率，硬件第一次样机制作完成前缺陷发现数目，硬件遗留缺陷数目，硬件总体设计评审缺陷发现数目，硬件详细设计评审缺陷发现数目，样机、试产测试缺陷发现数目，原理、原理图重用率，构件重用率，PCB重用率，结构图纸重用率，关键芯片重用率，工艺流程重用率。

7.3.5 硬件开发流程审计示例

（1）审计流程执行情况：

将单板硬件开发流程中的活动分为两类：一类是开发活动必不可少的，不执行，开发便进行不下去，如单板硬件总体设计、单板硬件详细审计、PCB设计等，这样的活动有10个（称A类）；另一类是保证开发质量的，如各种评审活动、正规检视、可靠性/可测性/可维护性设计、详细设计阶段考虑单板工艺、结构EM设计等，不执行流程也能执行下去，但很可能因此影响开发质量，这样的活动有20个（称B类）。如表7-5。

表7-5 审计流程

产品名称
单板名称
	A类	B类
执行的活动数	10	20
未执行的活动数	0	5
流程执行情况	100％	81.48％
总体执行情况	86.49%

（2）流程执行时间如表7-6所示。

表7-6 流程执行时间

产品名称
单板名称
	A类	B类
执行的活动数	10	20
未执行的活动数	0	5
流程执行情况	100％	81.48％
总体执行情况	86.49%

注：各阶段起止时间说明：

■单板总体设计阶段：硬件开发人员接到硬件开发任务书开始，单板总体设计方案评审通过结束；

■单板硬件详细设计阶段：单板总体设计方案评审通过开始，到第一次PCB投板申请得到CAD室同意为结束；

■投板阶段：指第一次投板时间，以第一次投板申请提交时间为开始，PCB回板开发人员开始第一次单板调试为结束；

■单板硬件调试阶段：开发人员开始第一次单板硬件调试，到调试结束，包括第二次投板、多次投板的时间及每次的调试时间。如果有单板调试完成，但需等待其他单板完成才能开始系统联调，则要指出等待时间；

■单板软件概要设计阶段：单板总体设计方案评审通过开始，单板软件概要设计方案评审通过结束；

■单板软件详细设计阶段：单板软件概要设计方案评审通过开始，到单板软件编码结束时间为结束，包括编码时间；

■单板软件调试阶段：单板软件调试开始，到调试结束；

■系统联调/测试阶段：系统联调开始，到版本稳定为止。

（3）执行较好的环节：单板软硬件总体设计主要输入是硬件总体设计方案，在单板详细设计阶段考虑单板可测性、可维护性和可靠性，PCB布线经过评审，单板软硬件详细设计报告经过审核并按意见进行修改。

（4）执行不好的环节：单板硬件详细设计时没有考虑单板的工艺、装备和结构设计，关键器件没有替代策略，在单板详细设计阶段没有考虑单板EMC设计。

（5）问题及改进建议如表7-7所示。

表7-7 问题及改进建议

序号	问题	改进建议
1	产品的硬件总体方案没有经过总体组组织正式的评审就开始做单板	由总体组对评审进行控制，产品的硬件总体方案评审报告归档后才能开始单板的开发，保证在以后的产品开发过程中不出现类似情况
2	单板总体设计方案评审滞后于单板的详细设计	项目组在做项目计划时按流程规定的时间顺序来安排活动，将单板总体设计方案放在单板详细设计的前面，然后严格按计划执行
3	流程中规定应有一些输出，如单板可靠性设计报告、可维护性报告、单板工艺结构报告等，在审计过程中被访谈人员反映做过此类活动或在设计过程考虑到这点，但找不到相关正式纪录（纪要、报告等）	项目组按流程做项目计划，工作任务的完成应以相应流程规定的输出报告完成为结束标志