硬件电路设计宝典！

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硬件电路设计宝典！

基本知识

1） 基本设计规范

2） CPU 基本知识、架构、性能及选型指导

3） MOTOROLA 公司的 PowerPC 系列基本知识.性能详解及选型指导

4） 网络处理器的基本知识、架构、性能及选型

5） 常用总线的基本知识、性能详解

6） 各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型

7） Datacom、Telecom 领域常用物理层接口芯片基本知识，性能、设计要点及选型

8） 常用器件选型要点与精华

9） FPGA、CPLD、EPLD 的详细性能介绍、设计要点及选型指导

10） VHDL 和 Verilog HDL

11） 网络基础

12） 国内大型通信设备公司硬件研究开发流程

还需要熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具：

1）ViewDraw，PowerPCB，Cam350

2） OrCad， Allegro；AD；PADS 3）各种电路仿真工具

4） 学习熟练使用 VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、等工具；

5） FPGA 设计工具，各个厂家的。

1 硬件总体设计

启动一个硬件开发项目，原始的推动力会来自于很多方面，比如市场的需要， 基于整个系统架构的需要，应用软件部门的功能实现需要，提高系统某方面能力的需要等等，所以作为一个硬件系统的设计者，要主动的去了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最合适的硬件解决方案。

比如 A 项目的原始推动力来自于公司内部的一个高层软件小组，他们在实际当

中发现原有的处理器板 IP 转发能力不能满足要求，从而对于系统的配置和使用

都会造成很大的不便，所以他们提出了对新硬件的需求。根据这个目标，硬件方案中就针对性的选用了两个高性能网络处理器，然后还需要深入的和软件设计者交流，以确定内存大小，内部结构，对外接口和调试接口的数量及类型等等细节，比如软件人员喜欢将控制信令通路和数据通路完全分开来，这样在确定内部数据走向的时候要慎重考虑。

项目开始之初是需要召开很多的讨论会议的，应该尽量邀请所有相关部门来参与，好处有三个，第一可以充分了解大家的需要，以免在系统设计上遗漏重要的功能，第二是可以让各个部门了解这个项目的情况，提早做好时间和人员上协作的准备，第三是从感情方面讲，在设计之初各个部门就参与了进来，这个项目就变成了大家共同的一个心血结晶，会得到大家的呵护和良好合作，对完成工作是很有帮助的。

掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路：

1） 产品需求分析

2） 开发可行性分析

3） 系统方案调研

4） 总体架构，CPU 选型，总线类型

5） 数据通信与电信领域主流 CPU：M68k 系列，PowerPC860，

PowerPC8240，8260 体系结构，性能及对比

6） 总体硬件结构设计及应注意的问题

7） 通信接口类型选择

8） 任务分解

9） 最小系统设计

10） PCI 总线知识与规范

11） 如何在总体设计阶段避免出现致命性错误

12） 如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果？

13） 项目案例：中、低端路由器等

2 硬件原理图设计技术

目的：通过具体的项目案例，详细进行原理图设计全部经验，设计要点与精髓揭密。

1） 电信与数据通信领域主流 CPU 的原理设计经验与精华

2） Intel 公司 PC 主板的原理图设计精髓

3） 网络处理器的原理设计经验与精华

4） 总线结构原理设计经验与精华

5） 内存系统原理设计经验与精华

6） 数据通信与电信领域通用物理层接口的原理设计经验与精华

7） 电信与数据通信设备常用的 WATCHDOG 的原理设计经验与精华

8） 电信与数据通信设备系统带电插拔原理设计经验与精华

9） 晶振与时钟系统原理设计经验与精华

10） PCI 总线的原理图设计经验与精华

11） 项目案例：中、低端路由器等原理图设计中要注意的问题：

原理图设计中要有“拿来主义”，现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原

理图，所以要尽量的借助这些资源，在充分理解参考设计的基础上，做一些自己的发挥。当主要的芯片选定以后，最关键的外围设计包括了电源，时钟和芯片间的互连。

电源是保证硬件系统正常工作的基础，设计中要详细的分析：系统能够提供的电源输入；单板需要产生的电源输出；各个电源需要提供的电流大小；电源电

路效率；各个电源能够允许的波动范围；整个电源系统需要的上电顺序等等。比如 A 项目中的网络处理器需要 1.25V 作为核心电压，要求精度在+5%- - 3%之间，电流需要 12A 左右，根据这些要求，设计中采用 5V 的电源输入，利用 Linear 的开关电源控制器和 IR 的 MOSFET 搭建了合适的电源供应电

路，精度要求决定了输出电容的 ESR 选择，并且为防止电流过大造成的电压跌落，加入了远端反馈的功能。

时钟电路的实现要考虑到目标电路的抖动等要求，A 项目中用到了 GE 的 PHY 器件，刚开始的时候使用一个内部带锁相环的零延时时钟分配芯片提供100MHz 时钟，结果 GE 链路上出现了丢包，后来换成简单的时钟 Buffer 器件就解决了丢包问题，分析起来就是内部的锁相环引入了抖动。

芯片之间的互连要保证数据的无误传输，在这方面，高速的差分信号线具有速

率高，好布线，信号完整性好等特点，A 项目中的多芯片间互连均采用了高速差分信号线，在调试和测试中没有出现问题。

需要熟悉各种电平标准，保证电平匹配。

3 硬件PCB 图设计

目的：通过具体的项目案例，进行 PCB 设计全部经验揭密，使你迅速成长为优秀的硬件工程师。

1） 高速 CPU 板 PCB 设计经验与精华

2） 普通 PCB 的设计要点与精华

3） PowerPC、ARM、MIPS、单片机的 PCB 设计精华

4） Intel 公司 PC 主板的 PCB 设计精华

5） PC 主板、工控机主板、电信设备用主板的 PCB 设计经验精华

6） 国内著名通信公司 PCB 设计规范与工作流程

7） PCB 设计中生产、加工工艺的相关要求

8） 高速 PCB 设计中的传输线问题

9） 电信与数据通信领域主流 CPU（PowerPC 系列）的 PCB 设计经验与精华

10） 电信与数据通信领域通用物理层接口（百兆、千兆以太网，ATM 等）的 PCB 设计经验与精华

11） 网络处理器的 PCB 设计经验与精华

12） PCB 步线的拓扑结构极其重要性

13） PCI 步线的PCB 设计经验与精华

14） SDRAM、DDR SDRAM（125/133MHz）的 PCB 设计经验与精华

15） 项目案例：中端路由器 PCB 设计

PCB 设计中要注意的问题：

PCB 设计中要做到目的明确，对于重要的信号线要非常严格的要求布线的长度

和处理地环路，而对于低速和不重要的信号线就可以放在稍低的布线优先级 上。重要的部分包括：电源的分割；内存的时钟线，控制线和数据线的长度要求；高速差分线的布线等等。

项目中使用内存芯片实现了 1G 大小的 DDR memory，针对这个部分的布线

是非常关键的，要考虑到控制线和地址线的拓扑分布，数据线和时钟线的长度差别控制等方面，在实现的过程中，根据芯片的数据手册和实际的工作频率可以得出具体的布线规则要求，比如同一组内的数据线长度相差不能超过多少个

mil，每个通路之间的长度相差不能超过多少个 mil 等等。当这些要求确定后就可以明确要求 PCB 设计人员来实现了，如果设计中所有的重要布线要求都明确了，可以转换成整体的布线约束，利用 CAD 中的自动布线工具软件来实现 PCB 设计，这也是在高速 PCB 设计中的一个发展趋势。

4 硬件调试

目的：以具体的项目案例，传授硬件调试、测试经验与要点。

1） 硬件调试等同于黑箱调试，如何快速分析、解决问题？

2） 大量调试经验的传授；

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