完整版本硬件开发设计规范V112doc.docx
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完整版本硬件开发设计规范V112doc
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批准:
硬件开发设计规范
版本:
V1.2
五室
2008年8月
1.1目的
该硬件开发设计规范是为我室控制设计开发流程提供依据,减少
硬件开发中的低层次问题,并提供规范统一的管理用数据。
1.2硬件组成员职责与基本技能1.2.1硬件组成员职责
个技术领先、运行可靠的硬件平台是产品质量的基础,因此硬
件组成员责任重大。
1)硬件组成员应勇于尝试应用新的先进技术,在产品硬件设计
中大胆创新。
但对于弹上产品应优先考虑成熟的技术。
2)充分利用以前的成熟技术,保持设计中技术上的继承性。
3)在设计中考虑成本,控制产品的性能价格比达到最优。
4)技术开放,资源共享,促进我室整体技术提升。
1.2.2硬件组成员基本技能
硬件组成员应掌握如下基本技能:
1、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力;
2、熟练使用设计工具,如PCB设计软件PiDte]99SE、Menter
Expedithn,岀图工具AutoCAD等,设计原理图、PCB、EPLD、FPGA
调试程序的能力;
3、运用仿真设备、示波器、频谱仪等仪器调试硬件的能力;
4、掌握常用的标准电路的设计能力;
5、故障定位、解决问题的能力;
6、各种技术文档的写作技能;
7、接触外协合作方,保守秘密的能力。
1、硬件开发流程及要求
2.1硬件开发流程
硬件开发流程对硬件开发的全过程进行了科学分解,规范了硬件
开发的四大任务。
原理设计(需求分析、详细设计、输入及验证)
PCB设计;
硬件调试;
归纳总结。
2.2原理设计2.2.1总体方案设计
硬件开发真正起始应在接到硬件任务书之后,但实际工作中,应
在项目立项之前,硬件工程师即协助总体开展前期调研,尽早了解总体需求,如系统功能、性能指标、工作原理、环境指标、结构条件、价格、设计时间、产品寿命等。
硬件工程师需要根据自己的理解及时与总体设计沟通,以完成总体方案的设计。
阶段完成标志:
《硬件总体方案设计报告》。
2.2.2详细方案设计
硬件总体方案评审通过后,硬件工程师需要根据分系统指标及硬
件工作原理完成详细实施方案设计,详细说明硬件功能模块的划分、各功能模块的指标、功能模块的详细设计、元器件选择及性能、设计
依据及工作原理,需要阐述清楚分系统是如何满足分系统设计指标
的.详细方案设计还需要对应用到一些的关键技术进行论证,确定其
可行性。
阶段完成标志:
《硬件详细设计报告》及关键(主要)器件订货
清单。
2.2.3方案评审
完成方案设计后需要申请方案评审。
对于复杂的系统将总体方案
和详细设计方案分两次进行评审,而简单的项目(如一块功能单板)可以将总体方案和详细设计方案合并为一个文档进行评审。
在申请评审前,应首先完成文档规范自检,并将规范完成情况表和评审文档、主要元器件订货清单一并交予室里申请评审。
总体方案需项目负责人签字批准,详细方案需室里签字批准。
2.2.4原理图设计及评审
原理图设计开始于方案评审通过,原理图设计是硬件设计的首要
步骤。
原理图设计之前,首先要对元器件建库,参照“3.2中心库设
计规范”,还应根据任务需求对一些关键信号进行布线前仿真,以确定是否需要对这些信号进行特殊处理,如增加匹配电阻或者电容等。
在原理图绘制完成后,硬件组应组织课题组相关人员进行评审。
评审时需要对设计中的关键点进行审核,如时钟单元、电源单元、DSP或FPGA等关键器件的配置等。
原理图评审通过后,经室里签字批
准方可进入PCB设计工作。
2.3PCB设计要求
2.3.1PCB方案设计
在开始PCB物理实现(布线)之前,首先需要对PCB进行方案设
计。
PCB设计方案主要考虑其结构特点,电磁兼容性、信号完整性、
电源完整性、热设计、可制造性、可调试性等特点,完成PCB的布局。
其中部分工作如信号完整性、电源完整性及热设计可与硬件详细设计交叉进行。
PCB设计方案应对原理图中关键指标(阻抗、时延、抗干扰等)是如何实现的提出具体措施。
完成标志:
《PCB设计方案》,《硬件测试方案》,《信号完整性仿
2.3.2PCB设计方案评审
完成方案设计及与原理图的反馈后,可以申请方案评审。
在申请
评审前,应首先完成文档规范自检,并将规范完成情况表和评审文档
并交予室里申请评审。
所有文档需室里签字批准。
方案通过后,方
可进行PCB布线工作。
3.3.3PCB设计及投板申请
PCB设计须按照PCB设计规范进行,PCB布局确定之后,总的布
局规划禁止改动,功能模块内可以进行位置调整,如功能模块进行较大调整,须向组里提出申请组织讨论,讨论通过后方可进行布线工作。
在PCB投产前设计者要向室里提出投板申请。
首先由硬件组负责
PCB设计规范的检查,并给出规范完成情况表与PCB图一并交予室里,
由设计室组织人员对关键部分的设计要求进行评审检查。
PCB投板申请需由室领导签字批准。
2.4硬件调试设计要求
2.4.1硬件调试的目的
硬件调试是对硬件的功能和性能进行验证,保证其设计正确性。
2.4.2硬件调试(测试)方案
PCB进行方案设计时,就需要进行硬件调试(测试)方案的设计,
需要根据《硬件任务书》和《硬件详细设计报告》中的指标要求制定
调试(测试)方案,同时制定调试(测试)记录表,对关键点的参数
进行实时记录。
2.4.3硬件调试(测试)方案评审
印制板正式调试之前,需要对硬件调试(测试)方案进行评审,
也可在PCB方案设计评审时同时进行。
如简单的印制板设计,调试(测
试)方案可以与PCB设计方案合并为一个文件。
2.4.4硬件验收
由于现在软硬件联系密切,无法简单的区别硬件与软件的工作,
因此硬件验收的界定较为复杂。
一般来说硬件调试需要完成的工作有
如下几方面内容:
电源调试、时钟源调试、各功能电路工作正常、可
编程器件可正常工作、CPU工作自启动正常以及输入输岀指标正常(需
要编写接口控制程序)等.硬件验收即需要硬件设计人员提供上述各
方面的调试(测试)记录,记录数据和实际测试数据达到任务要求方
可通过硬件验收。
对于某些硬件需要与系统联调以验证功能和性能的,需要硬件设
计人员与总体协调。
2.5技术积累要求
2.5.1元件库
个硬件工程完成后,需要根据中心库管理规范更新元件库。
2.5.2典型电路
当硬件调试完成后,可对设计中的典型电路进行收集。
典型电路需要详细记录应用背景、设计注意事项(包括周边电路
参数设置和PCB设计)及调试记录等内容,便于后期应用查询。
EDA软件设计规范
3.1设计流程
复用f数据导岀f版本管理。
中心库选择关系到EDA软件的选择,主要有Plotel中心库和
Mentor中心库两种,中心库的设计尤为重要,关系到设计基础数据
的正确性;原理图设计需要设计人员详细了解硬件电路的功能及设计规范;PCB设计需要严格按照PCB设计规范进行;设计复用要求有足够的技术积累,设计人员需要按照当前设计要求合理应用典型电路等
内容;数据导岀包括设计数据的导岀和图纸的导出;版本管理要求每个硬件设计完成后,需要将版本信息与设计数据一同归纳到室里的数据库中。
3.2中心库设计规范
3.2.1EDA软件应用规范
根据我室设计状况,特意对硬件设计库的管理进行规范,避免同
等现象。
现阶段硬件组硬件设计软件只允许选择ProteBOSE(sp6)和
Mentoi2005,应优先选择Mentoi2005,仅对于简单的电路板或者任
务方有特殊要求,才允许ProteBOSE或者其他软件进行设计。
Mentoi2005应使用DxDesigner+Expediti)n的设计流程。
根据上述情况,硬件组分别建立Protel中心库和Mentor中心库,
设立中心库管理员管理中心库,库文件存于一台固定的计算机(或者服务器)中,所有设计必须采用中心库中的封装和原理图符号。
3.2.2原理图库设计规范
原理图库可以根据器件引脚(ph)分布进行相应调整,但需要
遵循以下原则:
1)原理图库的器件引脚需要分布在库的左右两边,尽量减少四
边都有引脚的库;
2)普通器件引脚长20ma,阻容类器件引脚长度可以进行调整,
但必须保证整个器件库的宽度为10m11的整数倍,引脚纵向坐标为10ma的整数倍;
3)引脚间距可以根据器件进行调整,但并列引脚间距最大为
10mil,因为Mentor中的原理图默认将库放大10倍,Protel中则不
进行硬性规定;
4)Mentor的原理图库图纸大小应与器件库的形状大小匹配,
将REFDES参数设置为“Valie”属性,如图1所示,并将REFDESS
于图形附近。
5)Menter的原理图库(SymboD需要由DxDes:
gner中的"Symbol
Wizaid”建立,修改也需要在DxDesigner环境下打开修改。
禁止使
用LbiaiyManager进行Symbol的建立和修改。
3.2.3器件封装设计规范
器件封装与焊盘关系紧密,因此在规范器件封装的同时,还需要
对焊盘进行相应规范。
3.2.3.1焊盘设计规范
PrateBgSE软件对焊盘建立没有特殊要求,只需要设定焊盘的
类型、形状和大小即可,因此不做特殊规定。
对于Mentor系列软件,有专门的焊盘管理工具“Padslacks
所有器件封装用到的焊盘数据都存储于Padslacks中,为了便于焊盘
数据的管理,对焊盘的命名规则进行规定。
、焊盘命名规则
焊盘的命名规则为:
焊盘种类焊盘形状焊盘尺寸,三种属性之
间用空格分开,过孔和定位点如下。
过孔命名规则:
Via焊盘尺寸/孔径。
定位点规则:
Fiiuc注焊盘尺寸/阻焊窗尺寸。
焊盘名称中所有字符均为英文输入法中的字符。
焊盘种类定义:
过孔(V力)
焊盘形状:
长方形Rectangle;长六边形0ctagonEbng;
六边形一一Octogon;其他形状可参照软件界面“Pads”标签中
的命名即可,如图2所示。
焊盘尺寸:
表贴类焊盘尺寸可参考“Pads”标签中的尺寸,如图2所示。
默
认单位为英制1h(即mil),如果使用公制单位,需要在尺寸后面添加单位,公制单位统一使用
通孔类焊盘如安装孔和通孔焊盘等,需要在表面焊盘尺寸后添加
图2焊盘命名7K例
孔的尺寸,具体格式为“Hole孔径”。
焊盘命名示例:
90ma直径。
Vh19ZL0——焊盘直径为19mil,孔径为10mil的过孔。
Via1.6X).8mm焊盘直径为l・6nini,孔径为0.8mm的过孔。
SMDRectangle70x40——大小为70milX40mil的长方形表贴焊
盘。
MounthgRound6mm,Hofe2.7mm安装孔,表面为6mm直径
圆形焊盘,开孔尺寸2.7mmo
二、焊盘设计规则焊盘包括的元素主要有焊盘(Pads)、阻焊(soJdeimask)、助
焊(soHeipaste)、孑L(表贴焊盘除外)、覆铜安全间距
(Planecfeamce)、热风焊盘(PlaneThemal),其中覆铜安全I'可
距和热风焊盘可不进行设置。
各元素之间的关系:
焊盘需要比孔大至少10mil,需要焊装的焊盘,
至少要大20mil,以保证足够的焊接强度。
阻焊应比焊盘(Pads)大至
少4niil。
助焊(soldeipaste)与焊盘相同即可,安装孔和过孔没有助
焊。
注意:
由于金属化后,孔的实际尺寸要小于设计值,因此在设计
过程中,需要注意通孔焊盘开孔尺寸的设计余量。
3・2・3・2封装设计规范
封装库的丝印外框(Sflkscreen0utlhe)线宽不得低于5mil,
对于小型封装如阻容件和微型封装器件等,丝印层线宽可以为其他类型封装线宽应设为6milo丝印边框应有焊接方向标注如电容正
极、二极管正极、电路及接插件引脚1等,禁止将丝印层与焊盘重叠。
器件标号应放于封装库的显著位置,保证器件焊装后,不得被器
件遮盖。
其文字高度不得低于30mil,文字线宽不得低于5mil,除了大
型封装如QFP、BGA、DP以及大型接插件等,标号文字都应采用
30m11文字高度,5mil的线宽,大型器件可以适当增加文字高度,但
需要以10mil为步进增加。
文字高度高于50mil时,对应的字符线宽
须增加为6mil。
对于Meritor系列软件,所有文字的字体应选择
“CourierNew”,以保证印制板的美观。
在Mentor系列软件中,封装库还有两种要素''Assem0utlhe”
器件的封装尺寸即可,由于焊盘就是一种实际的安全边界元素,所以
个QFP类型的封装,其中蓝色线条为PhcementOutlhe
0utlhe大小。
图3PlacementOutlhe示例
对于需要手工焊装的器件,需要至少保证焊盘外沿宽度比器件整
的时候,必须严格按照器件手册给出的单位(公制或英制),禁止进
行单位转换,以防单位转换带来的误差。
3.3原理图设计规范
原理图的符号绘制及命名规则须严格按照《研发中心标准化文件
(图形符号库)》中规定执行。
原理图须简洁清晰,按照功能模块进行划分,对于特殊功能部分需添加标注的,标注文字应统一,禁止中文拼音和英文标注混用。
绘制原理图时,栅格应设置为5ma的整数倍,禁止取消栅格选项。
使用Pmlel时,图纸大小可以不做特殊约定;使用DxDesigner绘制原
理图,需要将图纸大小设为A4、A3或者A2,并添加对应图纸大小的边
框,应减少A1的图纸。
DxDesigner新建一个工程时,需要设置一些工程选项,如图4
所示。
在Locathn中不可存在如“PCB"之的关字,如
5新建工程置
“D:
屮CE迥ewPiD卫Ct;点“More…”按,行置,置属性如5所示。
需要使能"LbiaiyManagerCenlalLbmiy”和“Expedition
PCE”。
“LfciaiyManagerCentelLbiaiy”中的路径即中心的路径。
“ExpeditionPCB”中需要使肓旨“人叱⑷BackAnnolation”、
“AlbwFoiwaidAnnotation”、"ConstraininCES”,必禁止“Use
CDBFbw”,其他属性按照默置即可。
小窍门:
如果想应用以前的工程设置,只需要在Dashboaid中将
想应用的工程设置为活动状态(active),然后点击Fife菜单中“New”->“PPD左ct”即可。
工程建立之后,在生成原理之前,相的工程置行修
Project5ett±n«5
『rojxtTeIocIh/RordersC<>fti)onents
IObjectfroptrties£ColorPaletteFontsjRunonst琴tup」QobelsNetsIIAttributgsQLgb@].s」TsHt
[qSckemalrcTab;
ShowTooltipsFor
2]Syrab^ifins
PICmp今mMs
【取酒][应用(^)」
图6Pro^ctSetthgs窗口
在Plo^ct标签中,必须选择Grid选项,去除“OAT”选项,Grid
Spachg设置为5mil的整数倍。
Bbck/Borders标签中设置新建原理图的图纸尺寸以及是否自动
添加边框等属性,在DefeukSheetsetthg中,设计图纸大小以及
与图纸大小相同的边框,如图7所示。
工程设置中其他设置采用默认设置即可。
3.4PCB设计规范3.4.1布局设计规范
在PCB布局之前,首先要确定参考点(坐标原点,一般设置为左
下角),如图8。
参考点确定后,所有的布局均以此参考点为准。
根据要求先将有定位要求的元件固定并锁定,如插座,定位孔,开关等,然后根据结构要求设置禁布区。
PCB布局应遵循以下原则:
首先放置有定位要求的元器件;
遵循先难后易、先大后小的原则;
总的连线尽可能的短,关键信号线最短;
强信号和弱信号,高电压信号和弱电压信号要完全分开;
模拟信号和数字信号分开(可以方便的将模拟电和数字电分开);
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图8设置PCB原点
高速器件和低速器件分开;
电源相同的器件尽量放置在一起,以减少电源层的分割;元器件的放置要便于调试和维修;
发热元件要有足够空间以利于散热,热敏元件应远离发热元件;
BGA元件与其他元件的间距要足够大,保证焊接工艺。
布局完成后,还需要对PCB布局组织评审,检查布局是否合理。
评审内容主要有以下几个方面:
印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符?
能否符合PCB制造:
!
艺要求?
有无定位标记;
元件在二维、三维空间上有无冲突;
主要元件布局是否疏密有序,排列整齐?
是否全部布完;
需经常更换的元件能否方便的更换?
插件板插入设备是否方
便;
热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离;
调整可调元件是否方便;
在需要散热的地方,是否预留散热器空间?
空气流是否通畅;
信号流程是否顺畅且互连最短;
插头、插座等与结构设计是否矛盾;
线路的干扰问题是否有所考虑。
342PCB层叠设计规范
板层的层叠原则(对具体情况灵活掌握)
元件的下一层(一般是第二层和倒数第二层)为地平面,提供器件屏蔽层,为顶层布线提供参考平面;
所有信号层尽可能与地平面相邻;
禁止两个信号层直接相邻,如有特殊需要,必须保证两层的走线方向正交;
电源层尽可能与其对应的地层相邻;
禁止两个电源层直接相邻;
兼顾层叠结构对称;
关键信号尽量与地层相邻,不跨分割区。
3.4.3布线设计规范
PCB布线时,需要根据当时的PCB厂商工艺水平设置相应的线宽
和线间距,一般应比起工艺水平增加inia左右,以保证成品率。
差
分线需要单独设置线宽和线间距。
另外,过孔的设置也需要根据PCB丿商的工艺水平进行相应的改变,注意板厚孔径比。
布线时,需要注意布线的顺序,应按照以下原则进行布线:
核心优先原则:
核心部分应优先布线,类似信号传输线应专门的布线层,电源,地回路。
其他次要信号要顾全整体,不可以和关键信号相抵触。
关键信号优先:
电源、模拟小信号,高速信号,时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。
尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的
布线层,并保证其最小的回路面积,应采用手工优先布线、屏
蔽和加大安全间距等方法,保证信号质量。
电源和地层之间的EMC环境较差,应避免布置对干扰敏感的
有阻抗要求的网络应布置在阻抗控制层上,同一层中相同阻抗的差分网络应采用相同的线宽和线间距。
3.4.4电源(地)层的分割规范
对电源(地)层的分割应遵循以下原则:
平面分隔宽度要考虑不同电源之间的电位差。
电位差大于12V
时,分割宽度大于50mil,反之,可选20〜25ma。
小板,如
内存条等,可以使用小到15m11宽的分割线。
条件允许的情况
F,分割线应尽量宽;
平面分割要考虑高速信号回流路径的完整性;
当高速信号的回流路径遭到破坏时,应当在其他布线层给与补
偿。
例如可用接地的铜箔(或地线)将该信号网络包围,以提
供信号的地回路;
平面分割后,要确认没有形成孤立的分割区域,实际有效区域足够宽。
3.4.5丝印层设计规范
PCB丝印层设计规则可参考“3・2・3・2封装设计规范”中的规定。
丝印排版是PCB设计的最后一步,须按照以下规则:
禁止将元器件标号放于焊盘或者裸露的铜箔上;同一面的元器件标号文字方向只能有两种;
对于密集分布的元器件,需要将元器件标号在附近区域列表排
布,并用线引出;
元器件标号禁止放于器件底部,避免焊装完成后被器件遮挡;
尽量避免元器件标号与过孔重叠。
3.4.6数据导出规范
3.4.6.1生产数据导出规范
对于PloteBOSE软件,生产用数据直接在软件界面,“File”菜
单点击“Export..”,选择导出文件类型为“PiotelPCB2.8ASCH
Fife”即可。
对于MenlorExpedition软件,生产时需要将PCB导出光绘文件,
具体步骤如下。
首先需要生成钻孔文件,点击“Oulput"菜单“NCDrill..
采用默认设置点击0K。
然后点击“Output”菜单的“Geiber…”
如图9所示,导出文件格式为274X,在“FifestoProcess”栏中
设置需要导出的文件名及文件数量,必须的输岀的文件包括:
钻孑L图(DrilDmwhgThrough
各信号层及电源层,可自定义各层的
电源层分
Positive和Negative两种属性,Negative属性的电源层,需
要在文件名后面增加Neg以进行区别,女□Layei2Neg;
丝印层,包括顶层(
SikscieenTop)和底层(Silkscreen
Bottom);
阻焊层,包括顶层(
SoBeimaskTop)和底层(SoHeimask
Bottom);
助焊层,包括顶层(
SoUeiPasteTop)和底层(SoHeiPaste
Bottom)O
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可选的包括:
装配层(AssembleBottom和AssembleTop)。
如果PCB在原模板的基础上增加层数,需要增加对应层的输出
件,点击“Filestoplocess”栏中的新建按钮即可。
各层的具体设置可点击