本文轉(zhuǎn)自硬件十萬(wàn)個(gè)為什么

曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，在開始動(dòng)手畫原理圖之前，需要做需求分析，專題分析等等工作。但是在真正開工之前，有反復(fù)的方案設(shè)計(jì)的迭代過(guò)程。也有一些不是研發(fā)出身的老板跟我抱怨，硬件工程師讓結(jié)構(gòu)先設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)工程師說(shuō)硬件工程師應(yīng)該先給大致的需求，不知道應(yīng)該誰(shuí)先動(dòng)。

工欲善其事,必先利其器是說(shuō):工匠想要使他的工作做好，一定要先讓工具鋒利。比喻要做好一件事，準(zhǔn)備工作非常重要。語(yǔ)出《論語(yǔ)·衛(wèi)靈公》：子貢問(wèn)為仁。子曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之賢者，友其士之仁者。” 這個(gè)準(zhǔn)備工作，當(dāng)然不只是指工具，還有動(dòng)手之前的策劃、思考、評(píng)估、方案設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)等。

硬件工程師動(dòng)手畫原理圖之前，需要畫的一個(gè)東東就是，用“猥瑣”（Visio）畫出電路板方案框圖。

當(dāng)然，每個(gè)工程師都有自己的喜好。有的人喜歡用Visio、有的人喜歡用PPT，這都無(wú)所謂。關(guān)鍵是這個(gè)電路板的框圖不是簡(jiǎn)單的拍腦袋就出來(lái)的。
它的誕生，就是一個(gè)電路板方案設(shè)計(jì)的過(guò)程。如果這個(gè)階段拍腦袋、回板就會(huì)拍大腿，最后只能拍拍屁股走人了。

那么我們?nèi)绾文軌蛲瓿梢粋€(gè)電路板的方案設(shè)計(jì)過(guò)程呢？除了憑借我們的經(jīng)驗(yàn)，還有什么是我們需要做的呢？

【步驟一、建立歸檔文件夾，明確歸檔計(jì)劃】

建議自建SVN的云服務(wù)器，講需要?dú)w檔的文件夾，按照本企業(yè)或者本項(xiàng)目的需求進(jìn)行設(shè)立需要的文件夾。這些自然就是我們?cè)诋a(chǎn)品研發(fā)完成一個(gè)完整的產(chǎn)品，需要產(chǎn)生和考慮的所有維度、需要?dú)w檔的所有內(nèi)容的綱領(lǐng)。
github或者內(nèi)網(wǎng)文件夾共享其實(shí)都可以，但是github速度不快有點(diǎn)影響設(shè)計(jì)效率，內(nèi)網(wǎng)文件夾不便于版本管理，當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障會(huì)影響整個(gè)團(tuán)隊(duì)的開發(fā)，也不便于移動(dòng)辦公。

【步驟二、建立問(wèn)題跟蹤機(jī)制】
之前的系列，我們專門說(shuō)過(guò)問(wèn)題跟蹤，我們針對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目，需要建立例會(huì)的制度，根據(jù)人員情況和人員的素質(zhì)不同，需要有針對(duì)性的進(jìn)行例會(huì)。可能是每天晨會(huì)、也可以是每周例會(huì)，靈活把握跟蹤頻度。
但是我們需要針對(duì)項(xiàng)目建立該項(xiàng)目的問(wèn)題跟蹤表格，便于整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中所有出現(xiàn)的問(wèn)題，跟蹤閉環(huán)，避免問(wèn)題跟蹤出現(xiàn)遺漏。

當(dāng)然我們還可以計(jì)算更復(fù)雜的表格，以前我們做個(gè)一個(gè)表格可以計(jì)算每個(gè)任務(wù)的完成提前、拖延的天數(shù)，可以作為KPI進(jìn)行考核。（這個(gè)做法不提倡）

【步驟三、需求跟蹤】
在華為、這個(gè)部分會(huì)由SE（系統(tǒng)工程師、system engineer不是stupid engineer）進(jìn)行分解分配。硬件工程師根據(jù)分解分配結(jié)果對(duì)照檢查，并創(chuàng)建單板需求跟蹤表。跟蹤表完成后需召集SE、整機(jī)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品工程工藝（PCB Layout工程師、工藝工程師）、生產(chǎn)、測(cè)試、軟件等周邊人員評(píng)審歸檔。

當(dāng)然，我們從來(lái)都是期望需求能歸檔之后不再修改。但是我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)會(huì)不可避免的進(jìn)行修改。但是我們?cè)赥R3之后是應(yīng)該禁止修改的，如果在TR3之后增改需求，所有的需求變更需要通過(guò)CR（需求變更電子流）進(jìn)行跟蹤。

從硬件穩(wěn)定的角度來(lái)說(shuō)，越在項(xiàng)目的后期，需求的變更帶來(lái)的影響越大，帶來(lái)的設(shè)計(jì)變動(dòng)，對(duì)質(zhì)量的影響越大。但是隨著敏捷的思想，以及客戶需求可能在硬件長(zhǎng)周期過(guò)程中的變化，很多場(chǎng)景我們不得不去變更需求。

序號(hào)各階段介紹備注

1	Charter	責(zé)任主體：Marketing團(tuán)隊(duì)和SE; 主要工作：Charter需要回答這些問(wèn)題：版本的Top N需求和主要競(jìng)爭(zhēng)需求，主要目標(biāo)客戶，完整的包需求，版本的里程碑時(shí)間點(diǎn)，應(yīng)用的時(shí)間窗口以及在版本火車中所處的位置
2	Charter-TR1	責(zé)任主體：SE團(tuán)隊(duì)，同時(shí)Marketing配合完成需求的細(xì)化、澄清和修訂；主要工作：輸出設(shè)計(jì)需求（包括每個(gè)需求的輸入、輸出參數(shù)，并輸出低保真界面原型）
3	CDCP	主要工作：近年來(lái)大部分項(xiàng)目都裁剪，具體作用不明
4	TR1-TR2	責(zé)任主體：SE團(tuán)隊(duì)；主要工作：輸出是設(shè)計(jì)規(guī)格（接口設(shè)計(jì)、高保真界面原型）
5	PDCP	責(zé)任主體：開發(fā)代表；主要工作：主要工作：代碼規(guī)模、關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)和人力需求。質(zhì)量目標(biāo)、SOW（工作任務(wù)書）
6	TR2-TR3	責(zé)任主體：開發(fā)組；主要工作：主要工作：需求規(guī)格說(shuō)明書（SRS）；系統(tǒng)測(cè)試用例（STC）、概要設(shè)計(jì)（HLD）、集成測(cè)試用例（ITC）

需求的分析和理解往往不可能一步到位，研發(fā)人員的理解也有可能不能非常準(zhǔn)確理解現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景。所以需求跟蹤完成之后，需要進(jìn)行兩輪的需求的串講、反串講。（串講，是指需求發(fā)布者與開發(fā)者講解，反串講是指開發(fā)者理解需求之后，對(duì)需求發(fā)布者進(jìn)行講解）。

需求反串講，是設(shè)計(jì)者向SE、項(xiàng)目經(jīng)理等角色逐條講解硬件需求，形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。對(duì)于已有實(shí)現(xiàn)方案的需求，講解要包含方案。串講和反串講一定要讓SE/軟件/測(cè)試領(lǐng)域全程參與，提出的問(wèn)題要在詳細(xì)設(shè)計(jì)開始前全部解決閉環(huán)。

【步驟四、關(guān)鍵器件分析】
我們研發(fā)一個(gè)新項(xiàng)目的時(shí)候，不可避免的會(huì)使用我們沒(méi)有使用過(guò)的器件，甚至是整個(gè)公司都沒(méi)有使用過(guò)的器件。

我們根據(jù)設(shè)計(jì)需求選定了基本方案之后，需要對(duì)新器件、關(guān)鍵器件進(jìn)行應(yīng)用分析，輸出應(yīng)用分析報(bào)告，并召集相關(guān)人員、管理者、有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行評(píng)審和分析。

方案分析過(guò)程中需要參考和更新器件的Bug List和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。同時(shí)收集案例，并給出應(yīng)對(duì)解決措施，提前預(yù)防已知問(wèn)題。

關(guān)鍵器件不僅僅局限于新引入的器件，還包括復(fù)雜的器件、開發(fā)人員及項(xiàng)目組經(jīng)驗(yàn)積累都不足的器件。

這個(gè)關(guān)鍵器件的分析，我們需要對(duì)器件的datasheet進(jìn)行分析、尋找并Demo板、查閱廠家的errata，尋找已經(jīng)產(chǎn)品化或者已經(jīng)完成過(guò)的設(shè)計(jì)，部分電路的改動(dòng)，需要?jiǎng)邮肿鲭娐穼?shí)驗(yàn)、或者做電路仿真，進(jìn)行驗(yàn)證。

【步驟五、預(yù)布局及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】
我們根據(jù)需求，明確了必要的功能、性能、然后明確了關(guān)鍵器件，也就是電路板上面大功率器件、新器件、復(fù)雜器件都已經(jīng)敲定了。那么我們可以做一個(gè)預(yù)布局，明確電路板尺寸，形狀的大致想法。

我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)一個(gè)準(zhǔn)確的預(yù)布局，需要輸出一個(gè)預(yù)布局原理圖，要求原理圖至少包含主要器件、電源、熱敏感器件和接插件。

預(yù)布局需要把電路板的信號(hào)流向、器件功能、主要器件的電源管腳分布、整個(gè)電路板的電源的基本分布和流向。

然后把相關(guān)的訴求，提供給ID工程師，給一個(gè)基本的ID設(shè)想，然后由結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的細(xì)化。

如果是成熟的機(jī)框，則這個(gè)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單一些，例如ATCA、VPX這種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)框。一些個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品這個(gè)過(guò)程反復(fù)的可能性非常大。

為了避免這個(gè)過(guò)程，硬件工程師在完成初步的預(yù)布局，之后應(yīng)該把自己的設(shè)計(jì)訴求，全部記錄在《結(jié)構(gòu)要素圖設(shè)計(jì)說(shuō)明書》中，提供給結(jié)構(gòu)和ID工程師。

【步驟六、散熱評(píng)估】
硬件工程師需要提供單板布局和器件熱耗（功耗）表、各器件散熱參數(shù)。數(shù)字器件要注意提供盡量準(zhǔn)確的功耗數(shù)據(jù)，特別是DDR/FPGA等器件要根據(jù)使用場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算。提供的器件的功耗需要準(zhǔn)確，避免過(guò)設(shè)計(jì)，也避免散熱風(fēng)險(xiǎn)。

【步驟七、新器件導(dǎo)入評(píng)估】
在華為，一個(gè)新器件的導(dǎo)入是非常復(fù)雜的，我們不在華為，選擇新器件，也需要謹(jǐn)慎選取，并做相關(guān)評(píng)估。

這個(gè)其實(shí)應(yīng)該是一個(gè)sourcing的過(guò)程：我們不但需求考慮新器件功能是否滿足我們的需求，同時(shí)需要考慮：可靠性、可采購(gòu)性、成本、焊接工藝、功耗、散熱等維度。

【步驟八、背板管腳分配、板間FMEA分析】
我們需要根據(jù)背板標(biāo)準(zhǔn)，分配電路板的管腳。如果是新設(shè)計(jì)背板，需要考慮背板連接器的成本、速率、數(shù)量。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，FMEA針對(duì)所有板間信號(hào)/關(guān)鍵器件展開分析，可確保無(wú)故障遺漏。用以分析所有故障影響，同時(shí)做到優(yōu)化故障管理能力。在這個(gè)過(guò)程中存在著兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，那就是對(duì)于嚴(yán)重故障，要求盡最大可能避免；對(duì)于需要處理的故障，要求能夠監(jiān)測(cè)并定位到現(xiàn)場(chǎng)置換單元（FRU，Field Replacement Unit）。

【步驟九、歸一化分析】
歸一化作為DFx的一項(xiàng)內(nèi)容，需要硬件特別關(guān)注。每個(gè)產(chǎn)品需整理自身的BOM歸一化器件清單，常用器件選型只能在歸一化清單中選擇。歸一化清單為本企業(yè)或者本部門使用過(guò)的器件或者采購(gòu)過(guò)的器件。

盡量減少器件種類，有效減少器件種類、不但降低管理成本、同時(shí)也降低加工和采購(gòu)成本。

【步驟十、可重用性分析】
所有單板都要進(jìn)行可重用性分析，包含三方面內(nèi)容：
1. 本單板可重用的已有電路；
2. 本單板希望能夠重用的電路；
3. 本單板完成開發(fā)后，可提供其它項(xiàng)目重用的電路。

【步驟十一、早期BOM審查】
1. 方案確定后就把已確定的關(guān)鍵器件，通過(guò)采購(gòu)進(jìn)行關(guān)鍵器件的意見(jiàn)反饋。
2. 所有非常規(guī)器件、非主流器件、器件必須逐一和采購(gòu)進(jìn)行確認(rèn)，詳細(xì)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，有風(fēng)險(xiǎn)的器件要選擇替代方案。
3. 有關(guān)鍵器件在設(shè)計(jì)過(guò)程中變更時(shí)，還需要與采購(gòu)人員進(jìn)行確認(rèn)。

經(jīng)過(guò)上述十一個(gè)步驟
1. 我們選定了關(guān)鍵器件、并進(jìn)行了預(yù)布局、明確了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，排除了可行性、采購(gòu)、可靠性、散熱方面的風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)需求跟蹤，確保所有需求能夠在設(shè)計(jì)中落實(shí)，最終設(shè)計(jì)的產(chǎn)品符合客戶的需求。

通過(guò)歸一化、可重用性分析，提升了整體的設(shè)計(jì)效率，并且隱性的提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

通過(guò)《問(wèn)題跟蹤表》、建立《歸檔文件夾》，確保了交付的項(xiàng)目管理。
完成這些準(zhǔn)備工作之后，我們的電路原理框圖、電路原理圖的設(shè)計(jì)才是讓人安心和可靠的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的方案设计阶段的准备工作的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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