方案设计阶段工作

方案设计阶段工作曾经说过，在开始动手画原理图之前，需要做需求分析，专题 分析等等工作。但是在真正开工之前，有反复的方案设计的迭代过 程。也有一些不是研发出身的老板跟我抱怨，硬件工程师让构造先 设计、构造工程师说硬件工程师应该先给大致的需求，不知道应该 谁先动。工欲善其事,必先利其器是说:工匠想要使他的工作做好，一定 要先让工具锋利。比喻要做好一件事，准备工作非常重要。语出论语卫灵公：子贡问为仁。子曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之贤者，友其士之仁者。” 这个准备工 作，当然不只是指工具，还有动手之前的筹划、思考、评估、方案 设计、架构设计等。硬件工程师动手画原理图之前，需要画的一个东东就是，用“猥琐”（Visio）画出电路板方案框图。当然，每个工程师都有自己的喜好。有的人喜欢用Visio、有 的人喜欢用PPT，这都无所谓。关键是这个电路板的框图不是简单 的拍脑袋就出来的。它的诞生，就是一个电路板方案设计的过程。如果这个阶段拍 脑袋、回板就会拍大腿，最后只能拍拍屁股走人了。那么我们如何能够完成一个电路板的方案设计过程呢?除了凭借 我们的经历，还有什么是我们需要做的呢?【步骤一、建立归档文件夹，明确归档方案】建议自建SVN的云效劳器，讲需要归档的文件夹，按照本企业或者本工程的需求进展设立需要的文件夹。这些自然就是我们在产 品研发完成一个完整的产品，需要产生和考虑的所有维度、需要归 档的所有内容的纲领。github或者内网文件夹共享其实都可以，但是github速度不 快有点影响设计效率，内网文件夹不便于版本管理，当效劳器出现 故障会影响整个团队的开发，也不便于移动办公。【步骤二、建立问题跟踪机制】 之前的系列，我们专门说过问题跟踪，我们针对当前工程，需 要建立例会的，根据人员情况和人员的素质不同，需要有针对性的 进展例会。可能是每天晨会、也可以是每周例会，灵活把握跟踪频 度。但是我们需要针对工程建立该工程的问题跟踪表格，便于整个 工程过程中所有出现的问题，跟踪闭环，防止问题跟踪出现遗漏。当然我们还可以计算更复杂的表格，以前我们做个一个表格可 以计算每个任务的完成提前、拖延的天数，可以作为KPI进展考 核。（这个做法不提倡）【步骤三、需求跟踪】在华为、这个部分会由SE（系统工程师、system engineer不是 st upid engineer）进展分解分配。硬件工程师根据分解分配结果对 照检查，并创立单板需求跟踪表。跟踪表完成后需召集SE、整机构 造、产品工程工艺（PCB Layout工程师、工艺工程师）、生产、测 试、软件等周边人员评审归档。当然，我们从来都是期望需求能归档之后不再修改。但是我们 在设计过程中会发现会不可防止的进展修改。但是我们在TR3之后 是应该制止修改的，如果在TR3之后增改需求，所有的需求变更需 要通过CR（需求变更电子流）进展跟踪。从硬件稳定的角度来说，越在工程的后期，需求的变更带来的 影响越大，带来的设计变动，对质量的影响越大。但是随着敏捷的 思想，以及客户需求可能在硬件长周期过程中的变化，很多场景我 们不等不去变更需求。序号各阶段简介备注1Charter责任主体：Marketing团队和SE主要工作：Char ter需要答复这些问题：版本的Top N需求和 主要竞争需求，主要目标客户，完整的包需求，版本的里程碑时间 点，应用的时间窗口以及在版本火车中所处的位置2Charter-TR1责任主体：SE团队，同时Marketing配合完成需求的细化、澄 清和修订。主要工作：输出设计需求（包括每个需求的输入、输出参数，并 输出低保真界面原型）3CDCP责任主体：主要工作：近年来大部分工程都裁剪，详细作用不明4TR1-TR2责任主体：SE团队主要工作：输出是设计规格(接口设计、高保真界面原型)5PDCP责任主体：开发代表主要工作：代码规模、关键时间点和人力需求。质量目标、SOW(工作任务书)6TR2-TR3责任主体：开发组主要工作：需求规格说明书(SRS);系统测试用例(STC)、概要设 计(HLD)、集成测试用例(ITC)需求的分析和理解往往不可能一步到位，研发人员的理解也有 可能不能非常准确理解现场场景。所以需求跟踪完成之后，需要进 展两轮的需求的串讲、反串讲。(串讲，是指需求者与开发者讲解， 反串讲是指开发者理解需求之后，对需求者进展讲解)。需求反串讲，是设计者向SE、工程经理等角色逐条讲解硬件需求，形成统一的认识。对于已有实现方案的需求，讲解要包含方 案。串讲和反串讲一定要让SE/软件/测试领域全程参与，提出的问 题要在详细设计开始前全部解决闭环。【步骤四、关键器件分析】 我们研发一个新工程的时候，不可防止的会使用我们没有使用 过的器件，甚至是整个公司都没有使用过的器件。我们根据设计需求选定了根本方案之后，需要对新器件、关键 器件进展应用分析，输出应用分析报告，并召集相关人员、管理 者、有经历的工程师进展评审和分析。方案分析过程中需要参考和更新器件的Bug List和设计本卷须 知。同时收集案例，并给出应对解决措施，提前预防问题。关键器件不仅仅局限于新引入的器件，还包括复杂的器件、开 发人员及工程组经历积累都缺乏的器件。这个关键器件的分析，我们需要对器件的datasheet进展分 析、寻找并Demo板、查阅厂家的errata,寻找已经产品化或者已 经完成过的设计，部分电路的改动，需要动手做电路实验、或者做 电路仿真,进展验证。【步骤五、预布局及构造设计】 我们根据需求,明确了必要的功能、性能、然后明确了关键器 件,也就是电路板上面大功率器件、新器件、复杂器件都已经敲定 了。那么我们可以做一个预布局,明确电路板尺寸,形状的大致想 法。我们为了实现一个准确的预布局,需要输出一个预布局原理 图,要求原理图至少包含主要器件、电源、热敏感器件和接插件。预布局需要把电路板的信号流向、器件功能、主要器件的电源 管脚分布、整个电路板的电源的根本分布和流向。然后把相关的诉求，提供给ID工程师，给一个根本的ID设 想,然后由构造工程师进展构造设计的细化。如果是成熟的机框，那么这个过程相对简单一些，例如ATCA、 VPX这种标准机框。一些个人消费电子产品这个过程反复的可能性 非常大。为了防止这个过程，硬件工程师在完成初步的预布局，之后应 该把自己的设计诉求，全部记录在构造要素图设计说明书中， 提供给构造和ID工程师。【步骤六、散热评估】 硬件工程师需要提供单板布局和器件热耗(功耗)表、各器件散 热参数。数字器件要注意提供尽量准确的功耗数据，特别是 DDR/FPGA等器件要根据使用场景进展计算。提供的器件的功耗需要 准确，防止过设计，也防止散热风险。【步骤七、新器件导入评估】 在华为，一个新器件的导入是非常复杂的，我们不在华为，选 择新器件，也需要慎重选取，并做相关评估。这个其实应该是一个sourcing的过程：我们不但需求考虑新器 件功能是否满足我们的需求，同时需要考虑：可靠性、可采购性、 本钱、焊接工艺、功耗、散热等维度。【步骤八、背板管脚分配、板间FMEA分析】 我们需要根据背板标准，分配电路板的管脚。如果是新设计背 板，需要考虑背板连接器的本钱、速率、数量。在产品设计阶段，FMEA针对所有板间信号/关键器件展开分 析，可确保无故障遗漏。用以分析所有故障影响，同时做到优化故 障管理能力。在这个过程中存在着两个标准，那就是对于严重故 障，要求尽最大可能防止;对于需要处理的故障，要求能够监测并定 位到现场置换单元(FRU，Field Replacement Unit)。【步骤九、归一化分析】归一化作为DFx的一项内容，需要硬件特别。每个产品需自身 的 BOM 归一化器件清单，常用器件选型只能在归一化清单中选择。 归一化清单为本企业或者本部门使用过的器件或者采购过的器件。尽量减少器件种类，有效减少器件种类、不但降低管理本钱、 同时也降低加工和采购本钱。【步骤十、可重用性分析】 所有单板都要进展可重用性分析，包含三方面内容：1、本单板可重用的已有电路;2、本单板希望能够重用的电路;3、本单板完成开发后，可提供其它工程重用的电路。【步骤一、早期BOM审查】1、方案确定后就把已确定的关键器件，通过采购进展关键器件 的意见反响。2、所有非常规器件、非主流器件、器件必须逐一和采购进展确 认，详细评估风险，有风险的器件要选择替代方案。3、有关键器件在设计过程中变更时，还需要与采购人员进展确 认。经过上述十一个步骤1、我们选定了关键器件、并进展了预布局、明确了构造的设 计，排除了可行性、采购、可靠性、散热方面的风险。2、通过需求跟踪，确保所有需求能够在设计中落实，最终设计 的产品符合客户的需求。3、通过归一化、可重用性分析，提升了整体的设计效率，并且 隐性的提升了设计质量。4、通过问题跟踪表、建立归档文件夹，确保了交付的 工程管理。完成这些准备工作之后，我们的电路原理框图、电路原理图的 设计才是让人安心和可靠的。