硬件设计规范

.XXX电子有限公司XXX电子硬件设计规范V1.2xxx 电 子 有 限 公 司 发布1. 目的：为规范硬件设计、保证产品质量和性能、减少各类差错，特制定本规范。2. 适用范围XXX公司自行研发、设计的各类产品中硬件设计的全过程，各部门涉及到有关内容者均以此规范为依据。3. 文档命名规定硬件设计中涉及各种文档及图纸，必须严格按规则命名管理。由于XXX公司早期采用的 6.01设计软件不允许文件名超过8个字符，故文件名一直规定为8.3模式。为保持与以前文件的兼容，本规范仍保留这一限制，但允许必要情况下在文件名后面附加说明性文字。3.1. 原理图3.1.1. 命名规则原理图文件名形如xxxxYmna.sch其中xxxx：为产品型号，由4位阿拉伯数字组成，型号不足4位的前面加0。Y：为电路板类型，由1位字母组成，目前已定义的各类板的字母见附录1。m：为文件方案更改序号，表示至少有一个电路模块不同的电路方案序号，不同方案的电路可同时在生产过程中流通，没有互相取代关系。n：一般为0，有特殊更改时以此数字表示。a：为文件修改序号，可为0-z，序号大的文件取代序号小的文件。例如：1801采用SSM339主控芯片的主板原理图最初名为1801M001.SCH，进行电路设计改进后为1801M002.SCH、1801M003.SCH等；改为采用AK1020主控芯片后名为1801M101.SCH，在此基础上的改进版叫1801M102.SCH、1801M103.SCH等。3.1.2. 标题框原理图标题框中包含如下各项，每一项都必须认真填写：型号（MODEL）：产品型号，如1801（没有中间的短横线）；板名（BOARD）：电路板名称，如MAIN BOARD、FRONT BOARD等；板号（Board No.）：该电路板的编号，如1801100-1、1801110-1等，纯数字表示，见“3.2.2.”；页名（SHEET）：本页面的名称，如CPU、AUDIO/POWER、NAND/SD等；页号（No.）：原理图页数及序号，如1 OF 2、2 OF 2等；版本（REV.）：该文件修改版本，如0.1、0.11、1.0等，正式发行的第一版为V1.0；日期（DATE）：出图日期，如2009.10.16等，一定要填出图当天日期；设计（DESIGN）：设计人，由设计人编辑入标题框；审核（CHECK）：审核人，需手工签字；批准（APPROVE）：批准人，需手工签字。3.2. PCB图3.2.1. 命名规则PCB文件除后缀为.PCB外，文件名主体及各字段的意义与对应的原理图文件完全相同。注意：PCB图更改后，即便原理图没有变动，也必须更改原理图文件名，使二者始终保持这种对应关系。3.2.2. 标识字PCB图没有标题框，但要严格书写标识字。标识字分公司标志、板号和日期三部分，条件允许时可书写在背面的铜箔层，条件不允许时可书写在丝印层。公司标志：由VaT三个字符组成，中间的“a”小写。字符大小一般为“2 0.2”；板号：此电路板的编号，指每次更改设计重新制作菲林后的不同板的编号。板号由两部分组成：前一部分为部件号的7位数字（不包括字母B），后一部分为更改序号，中间以短横线连接。如原理图1801M103.SCH对应的PCB板的板号为1801110-3。板号在生产过程中经常引用，一定要严格书写。板号字符大小为“1.4 0.12”。日期：完成图纸当天的日期，应准确书写。日期字符大小也为“1.4 0.12”。4. 工作流程4.1. 启动4.1.1. 项目经理在进行项目的总体设计时，应对电路硬件的总体结构和技术指标进行综合评估，同时给出各电路模块的实现方案及主要技术指标和设计要求。项目经理对所确定的电路方案必须有充分的把握，使电路设计过程中的重复修改工作量减到最少。4.1.2. 总体设计完成后，项目经理将硬件电路部分的设计任务以书面形式的硬件设计任务书下达给指定的硬件工程师（或小组），由硬件工程师进行后续的细化设计，电路设计工作正式启动。4.1.3. 硬件设计任务书中要明确规定电路的组成结构、各模块要实现的功能、采用的主要IC及主要技术指标、I/O分配特殊要求等，必要时要强调一些必须注意的事项和设计构思。4.2. 设计研究4.2.1. 根据总体设计要求，硬件工程师必须全面分析设计任务，研究有关的技术资料，勾画出能够实现硬件设计任务书要求的电路原理图初稿，与项目经理进行研讨。4.2.2. 对于准备采用的新物料，列出新物料申请单，报项目经理批准后转采购部备料。4.2.3. 对于采购部提供的新物料样本，必须按程序进行严格认定。不管认定是否合格，都必须填写部品认定报告，返回到采购部存档，同时做为采购时确定供应商的依据。对于已经在生产中采用的部品的替换品认定，一般由生产部进行检测、认定，必要时研发部协助。4.2.4. 原理图初稿确定后，对未经实际运用验证的电路模块必须搭建单元电路进行实验，验证设计的正确性后才能在实际电路中运用。4.2.5. 设计研究阶段的成果是描述电路设计思想的电路原理图初稿和各个关键环节的实验报告。实验报告是公司累积的经验成果，也是今后改善设计的依据，一定要按格式规范书写。在整个电路设计过程中，设计研究阶段是最具创造性的阶段，千万不能马虎。这部分工作做得好可使今后的工作非常顺利，否则将导致今后调试修改工作的巨大麻烦。4.3. IO分配表4.3.1. 对于更换主控芯片的的新技术方案，必须先进行IO分配的设计。4.3.2. IO分配时尽量不改变上游厂商推荐电路的分配，本次设计的特殊功能尽量采用推荐电路没有使用的IO。4.3.3. IO分配表以Excel文件设计，至少应包含如下各列： 4.3.3.1. 脚号：主控芯片的引脚编号，对BGA器件是字母数字混合编号。4.3.3.2. 脚名：应完整表达其所有复合功能，不同功能以斜线分开。如，NFC_D7/MDAT7/LCD_D7等。4.3.3.3. 推荐电路网络名：上游厂商在推荐电路里使用的网络名。4.3.3.4. 本设计网络名：本次设计拟使用的网络名。如系复用信号，应将所有复合功能全部写入网络名，以斜线隔开。如，NFC_nWR/LCD_nWE等。4.3.3.5. 器件名：连接的外围器件的引脚名，如NAND FLASH的数据引脚D0、D1等等。4.3.3.6. 说明：对连接关系的必要说明，特别是复用条件。4.3.4. IO分配表对各引脚按功能组分类列出。4.3.5. 网络名和引脚名均以大写字母表示。对于负电平信号，在其网络名前加小写n。比如，nWE、nRD等。4.3.6. IO分配表设计完成，应以“脚号”列为关键列排序，逐个检查有无漏掉或重复分配的引脚。4.3.7. IO分配表设计过程中应和软件负责人充分沟通，使得软硬件设计都能顺利进行。4.3.8. IO分配表设计完成，经硬件设计主管、软件设计主管、研发部经理评审通过才能进行原理图设计。4.4. 原理图设计4.4.1. 原理图设计统一采用PADS Logic软件进行，在原理图初稿基础上细化设计，形成合乎工程需要的原理图。4.4.2. 原理图必须布局合理、线条均匀、标识清楚，尽量减少连线交叉，在保证准确描述电路原理的前提下尽量增强版面的艺术性和可读性。4.4.3. 原理图上信号流向应从左到右、从上到下，尽量避免信号倒流。4.4.4. 为改善图纸的可读性，可适当采用隔页连接符（offpage）。隔页连接符统一采用双箭头形式，箭头方向与信号流向一致，双向信号采用双向双箭头。4.4.5. 地线分数字地（GND或DGND，短粗线）、模拟地（AGND，空三角）、功率地（PGND，实心三角）、高频地（HGND，信号线穿入的空心三角）、机壳地（SGND，短横线下三条斜线）等，不得混用。4.4.6. 电源都用小圆圈表示，分初级电源（VDD）、数字电源（VCC）、模拟电源（AVCC）等。电源和地的符号一般以垂直正方向绘制，也可采用左右方向，尽量不采用垂直负方向。4.4.7. 如拟采用新器件，或拟使用其他形式的“地”和“电源”符号，必须在规定的审核范围内征得硬件设计主管以上的负责人审核同意，按符合规范的约定统一使用。在确认增加的库元素正确后通知全公司所有硬件人员进行统一库文件更新，使全公司始终保持一致的库文件。4.4.8. 原理图设计时采用英制单位，必须保持100Mils的栅格（临时改变栅格大小后要尽快恢复）；连线交叉点直径为35Mils；总线宽度为30Mils；其他采用PADS默认设置。4.4.9. 阻容元件统一采用标准的E-24系列标注法：4.4.9.1. 电阻参数以K、M为单位标注，小数点后的数位标在K、M之后。如，47000标为47K，470000标为470K，4700000标为4M7（不要标为4.7M）等。特殊地，小于10的电阻标为5R1、3R6等。4.4.9.2. 电容参数前2位为底数，后一位位指数，单位为皮法（pF）。如，1uF电容标为105。特殊地，小于10pF的电容标为5p1、4p7等。4.4.9.3. 阻容元件误差不是5%的要明确标出误差要求，电阻功率、电容耐压有特殊要求的必须明确标示。4.4.10. 原理图上各元件引脚的名称与引脚中心对齐，引脚编号写在引脚的上边或左边。字符方向可用垂直方向或左转90度（不得右转90度）。4.4.11. 各元件位号排列顺序与信号流向相同，从左到右、从上到下递增。位号的第一位采用所在电路板部件号的第5位（见附录1），后面各位递增。对任何类元件个数不多于100个图纸，位号用3位，元件较多时可采用4位、5位等。4.4.12. 每个元器件图形占400Mils长度，两端各100Mils网络连线，总长600Mils。不允许图形符号本身首尾相接而没有明显显示的网络连线的情况出现。4.4.13. 负电平有效的信号网络名加前缀“n”，引脚符号加小圆圈。如复位信号网络名为nRESET，复位引脚靠主芯片图框边一侧应有小圆圈标识。4.4.14. 元器件参数和位号分2行标在一起，上行位号，下行参数。电阻电容默认误差5%，有特殊要求者需在图上明示。4.4.15. 元器件按功能分组，画在相对集中的区域，同一功能组的元器件不要分在不同页面。4.4.16. 设计中充分考虑生产测试的需要，添加足够的测试点。每个测试点在原理图上明确绘出，赋以规范的名称。测试点命名形如Txxx，其中xxx是网络名的小写缩写，可以15位。如，Tgnd、Tvcc等。4.4.17. 按情况不同而异的选择安装器件由虚线框起来，并加以明确的文字说明。4.4.18. 设计中，在确保电气性能的前提下尽量采用低成本元器件，减少使用数量，节省成本。4.4.19. 设计过程中要不断用PADS软件提供的校验工具对设计结果进行校验，比如未用引脚、孤岛网络等，以便及时修改。4.4.20. 原理图设计的成果是一张满足总体设计功能要求的、实用而合理的原理图以及初步的组装表（V0.1）。原理图经硬件设计主管、研发部经理审核确认，可转入PCB图设计阶段。4.5. PCB图设计4.5.1. PCB图设计统一采用PADS2007软件进行。4.5.2. 布局设计4.5.2.1. 元件布局设计必须照顾到与机壳、其他电路板元件的碰撞，还要兼顾到生产工艺的实际需要，关键元件必须按结构图纸定位要求“固定（GLUE）”下来，避免不小心造成误移位。4.5.2.2. 元器件布局时一般采用比较大的、和布线栅格成整数倍的栅格，如线宽为0.15时采用1.5mm栅格布局，等等。4.5.2.3. 布局设计必须使元件布局合理、线条均匀、标识清楚，移动元器件过程中注意使关键信号线长度和信号线总长度最短。对于高速信号，要计算与长线特性有关的参数。4.5.2.4. 在保证电路性能的前提下尽量使元器件排列整齐、相近区域内元器件尽量摆放方向一致，增强版面的艺术性，也便于贴片操作。4.5.2.5. 布局设计应严格按照信号流向、数字区模拟区的隔离等原则慎重设计，尽量避免引线交叉、往返重复、走线过长等情况。4.5.2.6. 布局设计直接决定布线设计的难易程度，也很大程度上决定了产品的电器性能，必须充分重视。布局设计经硬件设计主管、研发部经理审核同意后才能转入布线设计。4.5.3. 线路设计4.5.3.1. 布线时采用与主要元件脚距成公因数的栅格，使布线均匀美观。一般情况下，应优先采用较大的线宽和间距，走线拐角只能是45度。整块板线宽和间距应以0.15mm为界限，如果可能应使整块板线宽和间距不小于0.15mm。合理的布线宽度可选用0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.8mm和1.0mm，一般不采用其他线宽。设计线路较密的多层板时，才可考虑采用0.1mm、0.12mm的线宽。4.5.3.2. 过孔的焊盘和孔径：对于厚度小于1.0mm的板小过孔采用0.7mm焊盘和0.4mm孔径，大孔采用1.2mm焊盘和0.8mm孔径；对厚度为1.5mm的板小过孔可适当加大到0.8mm焊盘和0.5mm孔径。其他焊盘的孔径一般采用公制尺寸系列0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.2、3.6等。对于异形孔，可直接绘制在板框图中。4.5.3.3. 任何敷铜区不得孤立存在，必须与信号网络关联起来。一般应与地（优先）、电源（次先）或其他电位稳定的网络（不建议）关联，但不得与任何电位不稳定的网络关联。敷铜区边缘与其他走线的间距应是布线采用的最小间距的1.5倍到2倍。4.5.3.4. 设计中必须格外注意数字与模拟电源系统的隔离，确保电流流向合理，互扰最小。一般而言，应将音频功率放大的输出端与电源的中心地直接相连，如果主控芯片有录音等前置弱信号部件，应将主控芯片的模拟地与电源的中心地也直接相连。4.5.3.5. 各元件的位号要避开焊盘和过孔标识在元件的无二义位置，高度一般为1.2mm，线宽0.1mm。信号文字说明与位号大小相同，2D线的宽度一般为0.1mm。信号说明文字和2D线必须位于CAM的默认层（对双面板分别为26层和29层）。文字方向应与工人装配视线方向一致，需旋转的文字对视图者而言只能是左转90度放置（不得右转90度）。4.5.3.6. PCB设计时如需要修改原电路设计，必须由原理图通过ECO对PCB图进行同步修改，不允许对原理图或PCB图进行单方面修改，任何时候都必须保持原理图和PCB图的完全一致。4.5.3.7. 设计过程中要经常用PADS软件提供的校验工具校验设计结果的合理性，如间隔、状态、与原理图网络表的一致性等。4.5.4. 综合设计4.5.4.1. 产品设计是一个系统工程，硬件设计应和结构、软件、工艺等工程师密切配合，设计出总体性能最优的硬件平台。4.5.4.2. 和软件工程师经常沟通，把由软硬件实现的功能界面划分清晰，能用软件实现的尽量由软件实现以节约成本，必须由硬件实现的应与软件配合好，给软件创造尽可能好的编程环境。4.5.4.3. PCB图上必须加入满足生产工艺需要的、足够的测试点。测试点采用专用的库元件TESTER，焊盘直径一般1.5mm，密度较高的板可缩小为1.2mm。任何两测试点焊盘的中心距不得小于2.5mm（尽可能采用3mm以上）。测试点的位置，应和工艺工程师充分沟通，根据测试场景优化配置，以测试完备而提高生产效率为原则。4.5.4.4. 一般而言，结构工程师给出的板框图是可以使用的最大面积板框。硬件设计时，应根据需要紧凑布局，尽量减少使用面积，降低成本。必要时可与结构工程师沟通，更改结构相关的位置。4.5.5. 制板4.5.5.1. 板边轮廓线宽度一般为0.1mm，对形状比较复杂的尺寸要有数字尺寸标注。4.5.5.2. 定型电路板上应设计3-4个漏网印刷的定位孔，孔径0.8mm。4.5.5.3. 绘制拼板图时，包含主要元器件的板形图必须由PADS软件导出到AutoCAD软件里使用。每片板交错放置，各板间最小间距不超过1.6mm，减少物料浪费。工艺边4.0mm，距工艺边端头20mm出打出2.6mm的定位孔。4.5.5.4. 拼板图应尽量采用一张网板可以完成两面漏印的摆放方式。4.5.5.5. 一般情况下，向供应商直接交付制作PCB的GERBER文件，不得将PCB原文件交付供应商。4.5.6. PCB设计的成果是符合设计指标又满足生产要求的PCB图。PCB图设计结束，经硬件设计主管、研发部经理审核批准，方可送交PCB制板厂制板。4.6. 设计改进与评审4.6.1. 对设计的PCB板安装调试后，由硬件设计工程师进行严格、科学、准确、详尽的性能和功能测试，填写硬件设计评审确认单。4.6.2. 硬件设计评审确认单包含通用的确认项目和本设计特殊的确认项目，每个产品的硬件设计评审确认单都不一样，而且要在研发过程中针对本产品逐步完善。4.6.3. 每次设计评审，必须按硬件设计评审确认单逐项认真评审、验证，指出对不合要求的部分进行原理图或PCB图的修改意见，将所有可能出现的问题解决在尽可能早的阶段。4.6.4. 如果在调试中发现必须更改原设计方案的重大情况，必须由硬件设计主管和研发部经理主持召开评审会议，联合软件工程师一起分析原因，综合考虑软硬件界面、成本核算及生产工艺等各方面因素后慎重确定，必要时必须报董事长批准。4.6.5. 调试电路和改进设计的全过程中，必须与结构工程师密切配合，使电路板与机壳结构的配合最为合理。4.6.6. 设计评审的中后阶段应吸纳生产工艺工程师参加，对设计的可测试性与可维护性提出意见，尤其是最后一轮的定型模板，必须由工艺工程师联合签署才能送出制板。4.6.7. 每次制板后的调试修改必须填写硬件设计评审记录，其中应详细记载设计要求、调试效果、改进措施等内容。硬件设计评审记录必须由硬件工程师、软件工程师、结构工程师、工艺工程师联合签署并由硬件设计主管审核、研发部经理批准后才能开始实施后续的设计修改工作。硬件设计评审记录必须有硬件设计评审确认单作为附录。4.6.8. 根据第一次设计评审改进了的硬件设计，应提供0.1版的组装表供采购部核算成本、落实货源及货期。第二次设计评审改进了的硬件设计，应向生产部提供各种检测技术条件、必要的生产指导文件和0.2版的电原理图及具有足够测试点的PCB图。一般情况下，第二次改进的设计应该是定型设计。4.7. 设计定型及验收4.7.1. 对经过修改达到满意的定型设计结果，研发部应自己先在内部组织验收。内部验收合格后，准备好装入软件的电路板和定型样机、组装表以及必要的检测技术条件和验收作业指导书，提请公司召开设计验收会议。应该说，公司验收会议验收的实际是整个项目而不仅仅是硬件设计。4.7.2. 设计验收会议由董事长主持，项目经理、硬件工程师、软件工程师、工艺工程师、结构工程师和市场系统的产品经理参加，如没有不同意见，大家联合签署 产品设计定型验收单，可转入试生产。4.7.3. 对验收会议上各方提出的不同意见，经过讨论认为必须修改的，也在产品设计定型验收单上签署修改意见，责成研发部修改设计。4.7.4. 根据验收会议的改进意见完成最终设计后，向有关部门提供1.0版的各种技术文件，包括组装表、原理图、PCB图、技术检测条件、生产工艺指导文件、漏网文件、工装定位文件、生产工位图形文件等。4.8. 工程变更4.8.1. 批量生产后，如发现设计文件中的错误，应由发现者通过“质量信息反馈单”或口头方式反映给研发部，研发部综合考虑有关因素后确定修改方案。4.8.2. 任何对设计文件的变更必须通过工程变更通知文件实现。工程变更通知必须严格按规范书写，以受控文件发放和存档。5. 附录1：电路设计中涉及的编号关系板 名原理图文件名部 件 号板 号元器件位号前缀主 板xxxxMmnaBxxxx1mnxxxx1mn-a1前面板xxxxFmnaBxxxx2mnxxxx2mn-a2高频板xxxxRmnaBxxxx3mnxxxx3mn-a3音频板xxxxAmnaBxxxx4mnxxxx4mn-a4辅助板xxxxSmnaBxxxx5mnxxxx5mn-a5控制板xxxxCmnaBxxxx6mnxxxx6mn-a6电源板xxxxPmnaBxxxx7mnxxxx7mn-a7其他板xxxxNmnaBxxxx8mnxxxx8mn-a8实验板xxxxTmnaBxxxx9mnxxxx9mn-a9注：xxxx：产品型号；m：表示电路方案修改的序号，m不同的电路图可同时存在，彼此没有取代关系；a：表示图纸修改序号（0-z），序号大的图纸取代序号小的图纸；n：一般为0，如出现无法表示的区别时，由n的值表示。元器件位号前缀：对不同类型的板使用不同的位号前缀，如主板的电阻位号统一为R1xx或R1xxx（元件数多于100个时使用）。.