各类硬件方案设计经验

    硬件方案设计具体细节由硬件技术经理进行评估、设计和把控。
    产品/项目经理了解设计流程、设计标准、设计风险即可。
    一、确定功能需求&设计标准
    1.1 确定功能需求
    在进行方案设计前，需要根据产品需求文档确定产品功能需求，硬件需求说明书是描写硬件开发目标、基本功能、主要性能指标、 运行环境、约束条件以及成本等要求，它的要求依据是产品规格说明书和系统需求说明书，它是硬件总体设计和制订硬件开发计划的依据。
    例如智能手表硬件功能需求如下：

    芯片 MTKXXXX
    系统 Android
    RAM 1G
    ROM 8G
    LCD尺寸 2.0”inch
    LCD分辨率 240*320
    蓝牙 支持BT4.2
    电池容量 >1000mAh
    充电 <3h
    待机时长 1-3天
    连续工作时长 >12h
    WIFI 5G频段、802.11b/g/n协议、802.11k/v漫游协议。
    移动网络 LTE
    震动马达 支持震动马达
    按键 开/关机，返回按键
    喇叭 独立腔体喇叭
    充电方式 磁吸充电

    1.2 设计标准
    根据产品需求确定产品应用行业、使用场景，再根据行业和使用场景输出设计标准和认证标准，一般成熟企业内部都会有该产品线的企标、国标设计标准，所有的器件选型和电路设计都需要根据标准进行开展。
    设计标准：

    消费级 工业级 汽车级 军工级
    工作温度范围 0-70°C -40~85°C -40~125°C -55~125°C
    电路设计 防雷设计、短路保护、热保护等 多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、短路保护、热保护、超高压保护等 多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、多重短路保护、多重热保护、超高压保护等 辅助和备份电路，多级防雷设计、双变压器设计、抗干扰设计、多重短路保护、多重热保护、超高压保护等
    工艺处理 防水处理 防水、防潮、防腐、防霉变处理 增强封装设计和散热处理 耐冲击、耐高低温、耐霉菌
    验证 JESD47
    IOS16750    		 JESD47
    IOS16750    		 AEC-Q100
    ISO26262
    ISO/TS 16949    		 NULL
    使用时间 1~3年 5~10年 15年 NULL
    系统成本 电路板一体化设计、价格低廉 积木式结构，每个电路带自检功能，价格稍高 积木式结构，每个电路带自检功能并增强散热处理，价格偏高 价格昂贵

    常见标准认证：
    CCC认证—中国强制认证
    CQC认证—CQC机构名称为中国质量认证中心
    CE认证–欧洲安全合格标志
    FCC认证–美国 FCC
    UL认证–美国 UL
    ROHS认证

    网络类相关标准：
    SRRC核准
    CTA入网许可

    医疗类标准：
    美国FDA，韩国KFDA，日本PMDA，巴西ANVISA，加拿大CMDCAS，澳大利亚TGA等

    产品相关国标、地标：
    国家标准、地方标准查询链接

    其他产品相关认证：
    MFI Carlife ELV BHMA

    二、方案设计
    硬件设计流程图如下：
    各类硬件方案设计经验 - 图1

    常见电子产品，可以通过以下几个渠道进行方案分析。
    市场上有竞品的，直接购买使用、拆解看方案。
    没有竞品的，寻找相关度比较大的方案，购买使用、拆解看方案。
    咨询芯片方案代理商获取方案资料。
    拜访方案商厂家，了解方案架构。
    参加行业相关展会，收集产品信息
    网络查找：确定关键词 xx方案 xx模块
    -搜索引擎
    -1688 、 万能的taobao
    -方案类网站
    IOT智库
    我爱方案网
    华秋开发
    方案交易网
    方案
    分析方案后，确定系统框图
    各类硬件方案设计经验 - 图2

    各类硬件方案设计经验 - 图3
    2.1 方案查找
    不同位数处理器常见用途（仅为参考）：

    不同位数处理器用途


    处
    理
    器    		 8位 小家电、遥控器、鼠标、锂电池、数码产品
    16位 电表、马达、电动玩具、电话录音、键盘、计算机键盘、鼠标
    32位 智能家居、物联网、指纹识别、电机、安防、无线耳机、手环
    64位 网络音乐、娱乐设备、多媒体、音视频相关、网关、手表、音箱

    2.1.1 小家电低配类芯片方案
    华秋芯片选型
    各类硬件方案设计经验 - 图4
    各类硬件方案设计经验 - 图5
    立创芯片选型
    各类硬件方案设计经验 - 图6
    知名厂家：
    国外：
    瑞萨电子(Renesas)
    恩智浦(NXP)+飞思卡尔(Freescale)(后者被前者收购)
    微芯科技(Microchip)+爱特梅尔(Atmel)(后者被前者收购)
    意法半导体(ST)
    英飞凌(Infineon)
    德州仪器(TI)
    台湾：
    新唐科技
    合泰半导体
    义隆电子
    松翰科技
    凌阳科技
    大陆：
    中颖电子
    炬力
    华润微电子
    北京君正
    兆易创新
    紫光微电子
    爱思科
    芯海科技
    富瀚微

    2.1.2 物联网网络类芯片方案
    这里主要针对物理层、数据链路层的芯片和模组进行说明。
    各类硬件方案设计经验 - 图7
    短距离：
    ZigBee、蓝牙、RFID、NFC、UWB、WiFi等
    长距离：
    LoRa、NB-IoT（低功耗，广域）
    2G：TDMA，CDMA，GSM…
    3G：UMTS，HSDPA，WCDMA…
    4G：LTE，EC-GSM，eMTC…
    5G：
    各类硬件方案设计经验 - 图8
    各类硬件方案设计经验 - 图9
    芯片方案
    海思半导体 http://www.hisilicon.com/
    高通 http://www.qualcomm.cn/
    深圳市中兴微 http://www.sanechips.com.cn/
    锐迪科微电子 http://www.rdamicro.com/
    Nordic http://www.nordicsemi.com/
    台湾联发科 https://www.mediatek.tw/
    紫光展锐
    乐鑫
    汇顶科技
    ASR
    恩智浦
    德州仪器
    博通
    瑞昱 https://www.realtek.com/zh-tw/
    Marvell

    模组方案
    移远 http://www.quectel.com/cn/
    广和通
    厦门骐俊物联 www.cheerzing.com
    移柯通信http://www.mobiletek.cn/
    中移物联网 http://iot.10086.cn/
    中兴物联 http://www.ztewelink.com/
    利尔达科技集团
    有方科技
    汉枫
    庆科
    环旭
    博鹏发RF-LINK
    海华科技
    Broadlink
    正基

    2.1.3 中高端消费电子芯片方案
    博通公司 https://www.broadcom.cn/
    高通 https://www.qualcomm.cn/
    英伟达 https://www.nvidia.cn/
    联发科 https://www.mediatek.cn/
    海思 https://www.hisilicon.com/cn/
    AMD超微 https://www.amd.com/zh-hans
    英特尔 https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/homepage.html
    恩智浦
    三星半导体 https://www.samsung.com/semiconductor/cn/
    赛灵思 https://www.xilinx.com/
    紫光展锐
    瑞芯微
    全志

    2.1.4 工业类、汽车电子类芯片方案
    恩智浦
    高通 https://www.qualcomm.cn/
    英伟达 https://www.nvidia.cn/
    英特尔 https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/homepage.html
    安森美
    微芯
    ADI
    瑞萨电子
    英飞凌
    东芝

    汽车类方案FYI：
    谷歌 Waymo：采用英特尔 CPU+Altera FPGA 方案，英飞凌 MCU 作为通信接口。谷歌 Waymo 的计算平台采用英特尔 Xeon 12 核以上 CPU，搭配 Altera 的 Arria系列 FPGA，并采用英飞凌的 Aurix 系列 MCU 作为 CAN 或 FlexRay 网络的通信接。
    百度 Apollo： 恩智浦/英飞凌/瑞萨 MCU+赛灵思 FPGA/英伟达 GPU。
    奥迪： Mobileye ASIC+英伟达 GPU+Altera FPGA+英飞凌 MCU 的多芯片集成方案。
    车规级芯片介绍

    2.1.5 PC、电脑类工控机方案
    IntelAMD是目前最大的两家电脑CPU生产厂商，还有IBM、ARM公司也生产自己的CPU。
    国产CPU处理器厂商有兆芯、海光、龙芯等。

    2.1.6 传感器&外设
    各类硬件方案设计经验 - 图10
    相关传感器外设专用查找网站如下：
    华秋商城
    ofweek商城
    采芯网
    马可波罗

    2.1.7 屏幕相关
    各类硬件方案设计经验 - 图11
    屏库

    2.1.8 电池相关
    各类硬件方案设计经验 - 图12
    电池网
    全球锂电池
    全球电池网
    电池网2

    2.1.9 执行机构
    直流电机
    直流电动机 : 永磁式直流电机 | 电磁式直流电机 | 直流力矩电机 永磁式直线直流电机 : 动圈式直线电机 | 摆动式直线电机
    无刷直流电机 : 有槽电枢无刷直流电机 | 无槽电枢无刷直流电机 | 绕线盘式电枢无刷直流电机 | 片状电枢无刷直流电机 | 无刷直流力矩电机
    交直流两用电机 | 电机扩大机 | 变流机
    步进电机
    磁阻式步进电机 : 分步式步进电机 | 多段式步进电机
    永磁式步进电机 : 隐极式步进电机 | 单相永磁步进电机
    直线与平面步进电机 : 磁阻式直线与平面步进电机 | 混合式直线与平面步进电机 | 螺旋式步进电机
    交流电机
    异步电动机 : 三相异步电动机 | 单相异步电动机
    交流伺服电动机 : 鼠笼转子伺服电动机 | 非磁性空心杯转子伺服电动机 交流力矩电动机
    同步电动机 : 永磁式同步电动机 | 磁滞式同步电动机 | 磁阻式同步电动机 | 电磁减速式同步电动机
    交流直线电机 : 同步式直线电动机 | 异步式直线电动机
    交流发电机 : 同步发电机 | 异步发电机
    传感电机
    自整角机 | 旋转变压器 | 测速发电机 | 多极自整角与旋转变压器
    专用电机
    机械设备用电动机 | 调速电机 | 工具用电机 | 电动车用电动机
    振动电机
    各类硬件方案设计经验 - 图13

    2.2 方案验证&评审
    确定硬件方案后，开始推进方案进行评审，输出评审报告。
    评审报告应包含以下项：
    功能能否全部覆盖？
    性能能否满足业务？
    成本是否在设计范围内？
    技术可行性风险评分？
    相关方案芯片器件采购是否存在风险？
    相关认证标准是否能满足？
    芯片器件替代方案是否合理？

    评审通过的方案，将进入硬件开发阶段：
    华为硬件设计规范
    硬件流程与开发规范

    开发完成将会进行设计评审：
    硬件开发评审
    单板设计评审

    三、 生产加工类
    PCB生产贴片推荐：
    华秋贴片
    立创PCB

    四、 工具类
    4.1 如何计算电池寿命、充电等等硬件相关参数？
    硬件参数计算器
    4.2 如何看芯片丝印查询具体芯片型号？
    丝印反查网
    4.3 哪里可以找到芯片参数手册？
    半导小芯
    元器件查询
    21IC
    4.4 哪里有硬件相关的技术资料下载？
    电子工程网
    4.5 哪里能找到电子类的展会信息?
    电子展
    4.6 各种硬件相关论坛网站
    http://www.elecfans.com/ 电子发烧友
    http://[www.dzbzw.com/](http://www.dzbzw.com/) | 电路图下载说明书下载标准下载 - 电子标准网
    https://[www.ebaina.com/](http://www.ebaina.com/) | 易百纳技术社区-权威的AI物联网嵌入式开发平台
    https://[www.chyxx.com/](http://www.chyxx.com/) | 中国产业信息网 - 产业前景投资趋势门户-智研旗下产业信息咨询平台
    https://[www.cirmall.com/](http://www.cirmall.com/) | 电路城—专为中国工程师量身打造的电路图、设计方案、资料、技术信息分享平台，致力于成为电子工程师技能进阶的电子设计资源库
    https://[www.zaixinjian.com/](http://www.zaixinjian.com/) | 在芯间-电子元器件采购平台
    http://[www.cmfdesignaward.com/](http://www.cmfdesignaward.com/) | 国际CMF设计奖
    https://[www.shejipi.com/#2](http://www.shejipi.com/#2) | 设计癖 | 关注设计癖 提升幸福感
    https://[www.ifanr.com/](http://www.ifanr.com/) | 爱范儿 · 让未来触手可及
    https://[www.mydrivers.com/](http://www.mydrivers.com/) | 快科技(原驱动之家)—科技改变未来
    https://36kr.com/topics/1004491457024515 | 复盘，人人都要掌握的进步秘籍_热点专题创投房产政策_新闻_36氪
    http://[www.52audio.com/](http://www.52audio.com/) | 我爱音频网 – 我们只谈音频
    http://[www.52audio.com/archives/category/teardowns](http://www.52audio.com/archives/category/teardowns) | 拆解 – 我爱音频网

    五、参考链接
    国内外MCU厂家
    https://blog.csdn.net/u012308586/article/details/89706902
    http://www.elecfans.com/d/859966.html
    http://www.elecfans.com/d/1473216.html
    物联网芯片
    http://news.rfidworld.com.cn/2018_11/210cabc88cd83459.html
    http://www.zlzw188.com/index.php?s=/home/index/news_detail/id/4353.html
    http://www.qianjia.com/html/2018-11/16_311844.html
    http://www.riswing.com/index.php/new/index/g/c/id/12.html
    模组厂家
    https://www.sohu.com/a/163872633_609521
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/162702605
    wifi芯片&模组
    http://www.360doc.com/content/16/0511/18/31509987_558294694.shtml
    蓝牙芯片
    https://tech.hqew.com/fangan_2018763
    http://www.elecfans.com/d/812572.html
    汽车IC
    https://www.cnblogs.com/topeet/p/9936304.html
    https://blog.csdn.net/weixin_44124323/article/details/106386676
    https://www.sohu.com/a/285927012_132567
    硬件设计从框图到PCBA
    https://www.witimes.com/hardware-from-design-to-pcba/