硬件方案设计经验

围绕功能需求、方案设计与加工，整理硬件项目的工程经验。

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：

常见电子产品，可以通过以下几个渠道进行方案分析。

1. 市场上有竞品的，直接购买使用、拆解看方案。 2. 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。 3. 咨询芯片方案代理商获取方案资料。 4. 拜访方案商厂家，了解方案架构。 5. 参加行业相关展会，收集产品信息 6. 网络查找：确定关键词 xx方案 xx模块

分析方案后，确定系统框图

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

立创芯片选型

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。

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：

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 • 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