硬件设计从框图到PCBA

本人已从事无线通信行业多年,做过一段时间的硬件研发,摸索出了一套独特的硬件设计流程,以保证产品从设计到最终的PCB都不会错。我想借助无线时代与大家分享这样的设计流程。

我将从以下几个方面展开说明:

  • 概述
  • 框图设计
  • 原理设计
  • 元器件信息库CIS
  • BOM生成
  • Gerber生成
  • 坐标文件生成

1. 概述

硬件设计从概念到PCBA,中间包括许多环节。

硬件设计不允许硬件工程师反复打板验证,如何保证PCBA的准确性,是一个值得研究的课题,Tom认为唯一的办法就是:抓住每一个细节。

本文不探讨原理方面的内容,假定原理都是准确的。

(关于原理方面,无线时代另有文章简介:http://www.witimes.com/topics/wireless-product-design-overview.html

本文只探讨实际操作方面的内容,包括软件,各种工具的使用。

硬件设计流程概览

Hardware-Design-Flow

多个部分涉及到软件/工具的使用技巧。

2. 框图设计

框图设计有利于加深我们对产品的理解,简单的示意图可以传递丰富的信息。

MB3894-Hardware-Block-Diagram1

3. 原理图设计

原理图描述各种元器件的选型及相互的连接;

首先,设计准确的前提下,连接方式就是准确的;

其次,元器件选型,只有元器件选型不发生错误,才能说原理图是准确的。

元器件选型要点

采用统一的,规范的元器件数据库;

原理图上能用相同规格的元器件,尽量选择同样的厂牌,型号;

原理图上默认阻容感器件封装为0402,特殊要求的最好在Value中体现;

为所有的不进行贴装的元件增加统一的DNS(Design Not Stuff)属性;

Components-Selcetion

例如,所有0.01uF电容均采用MURATA GRM155R71E103KA01D;

例如,C664要有较高的耐压值,因此直接将其Value改为0.015uF_50V。

DNS属性

DNS-Property

4. 元器件信息库

元器件信息库记录了所有已经使用过的元器件;

描述,厂商料号,厂商,封装,生产物料名称等信息都记录在内;

通过Link CIS可以为原理图上的每一个器件分配合适的属性。

CIS-Database

Link CIS

Link-CIS

 

Link-CIS-1

5. BOM生成

BOM描述了产品设计中用到的电子器件;

BOM要绝对准确,不能有任何错误;

元器件的数量,厂商,厂商料号,描述,位号信息一个都不能少;

BOM只给出贴装的元器件,不进行贴装的不要发布;

BOM-Example

在原理图设计完成时,可以先给出一版BOM,用于采购;

PCB设计完成时,是BOM真正完全确定的时候,用于配料,生产,不得有任何错误。

BOM检查

向元器件数据库中新增的物料需要多方核对,确保万无一失;

BOM中的物料需要逐一核对。

BOM-Check

红色背景处的物料,我们预期是0.1uF的电容,结果不小心选择了10pF的,这种错误很常见,需要重新针对这些物料Link CIS。

Value一栏是我们希望的值,也是我们在原理图中输入的值,所以,当我们发现描述与Value不符时,一定是选错料了。

BOM发布

逐一核全部物料和相应的描述;

可以使用相同规格的物料,尽量统一,可以减少物料种类;

删除所有不贴的器件,即我们之前曾经添加过DNS属性的器件;

6. Gerber生成

需包含走线层,阻焊层,锡膏层,丝印层,外框层,钻带文件;

Gerber文件要求不重复,不遗漏;

推荐使用标准模板进行PCB设计,这样就不用反复设置Gerber的参数。

Gerber-Artwork-Control

7. 坐标文件生成

坐标文件描述板上器件的位置,旋转角度及器件Value;

坐标文件用于贴片厂,将坐标文件输入贴片机,可以加速SMT过程;

坐标文件需要100%准确,不得有任何错误。

XY-Example

坐标文件五大项:REFDES,SYM_X,SYM_Y,SYM_ROTATE,Value。

原始坐标文件的生成

将PCB设计文件转换为mm作单位,Setup–>Design Parameters—>Design;

点击Tools–>Reports,在Available Reports中双击点选Component Report,然后点击Report,即可得到

Raw-XY-Create

原始坐标文件的处理

将原始坐标文件复制出来到Excel中;

XY-Excel

删除Title信息,并依个人喜好调整字体,表格高度等信息;

XY-Delete-Tiltle

按REFDES排序,准备与OrCAD的BOM结合。

XY-Order-REFDES

OrCAD导出特殊形式的BOM

勾选Place each part entry on a separate line;

我们看到,每个元器件都占了单独的一行;

OrCAD-Special-BOM

删除Title信息,并依个人喜好调整字体,表格高度等信息;

BOM-Delete-Title

按照Reference排序,准备与坐标文件结合;

BOM-Order-REFDES

将坐标文件与BOM结合

复制value,MFG_Value,Description,Package,Quantity,Vendor,Vendor PN,DNS信息;

XY-Combine

粘贴至坐标文件中;

BOM-Paste

依个人喜好调整字体,表格高度等信息。

删除DNS器件

按DNS排序,删除所有DNS器件。

XY-Order-DNS

检查坐标文件

按MFG_Value排序,比对Description,看是否一致。

XY-Order-Value

删除无用信息

只保留REFDES,SYM_X,SYM_Y,SYM_ROTATE,SYM_MIRROR,MFG_Value。

XY-Simple

区分正面器件与背面器件

按照SYM_MIRROR排序,NO为正面器件,Yes为背面器件;

XY-Top-Bot

分别将Yes与No的器件粘贴至两个独立的shee;

正面器件的坐标,删除SYM_MIRROR属性,就是最终的;

背面器件的坐标,需要做镜像处理,删除SYM_MIRROR属性,就是最终的。

XY-Final

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