原理圖設計是產(chǎn)品設計的理論基礎，設計一份規(guī)范的原理圖對設計PCB、跟機、做客戶資料具有指導性意義，是做好一款產(chǎn)品的基礎。原理圖設計基本要求: 規(guī)范、清晰、準確、易讀。

　　因此制定《原理圖設計規(guī)范》的目的和出發(fā)點是為了培養(yǎng)硬件開發(fā)人員嚴謹、務實的工作作風和嚴肅、認真的工作態(tài)度，增強硬件開發(fā)人員的責任感和使命感，提高工作效率和開發(fā)成功率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　原理圖設計基本原則：

　　1、確定需求：

　　詳細理解設計需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標要求等。

　　2、確定核心CPU：

　　根據(jù)功能和性能需求制定總體設計方案，對CPU進行選型，CPU選型有以下幾點要求：

　　性價比高;

　　容易開發(fā)：硬件調(diào)試工具種類多，參考設計多，軟件資源豐富，成功案例多;

　　可擴展性好。

　　3、參考成功案例：

　　針對已經(jīng)選定的CPU芯片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產(chǎn)商或他們的合作方都會對每款CPU芯片做若干開發(fā)板進行驗證，廠家公開給用戶的參考設計圖雖說不是產(chǎn)品級的東西，也應該是經(jīng)過嚴格驗證的，否則也會影響到他們的芯片推廣應用，縱然參考他們設計的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連接使用方法也絕對是值得我們信賴的，當然如果萬一出現(xiàn)多個參考設計某些管腳連接方式不同，可以細讀CPU芯片手冊和勘誤表，或者找廠商確認。

　　另外在設計之前，最好我們能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟件驗證，如果沒問題那么硬件參考設計也是可以信賴的，但要注意一點，現(xiàn)在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要選一種最適合的啟動模式，或者做成兼容設計。

　　4、對外圍器件選型：

　　根據(jù)需求對外設功能模塊進行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則：

　　普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗證過的盡量少使用冷偏芯片，減少風險;

　　高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，減少成本;

　　采購方便原則：盡量選擇容易買到，供貨周期短的元器件;

　　持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預見的時間內(nèi)不會停產(chǎn)的元器件;

　　可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類比較多的元器件;

　　向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過的元器件;

　　資源節(jié)約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。

　　5、設計外圍電路

　　對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改，修改時對于每個功能模塊都要找至少3個相同外圍芯片的成功參考設計，如果找到的參考設計連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設計，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地少數(shù)服從多數(shù)，而是要細讀芯片數(shù)據(jù)手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯(lián)系芯片廠技術支持，最終確定科學、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設計。這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點：

　　對于每個功能模塊要盡量找到更多的成功參考設計，越難的應該越多，成功參考設計是“前人”的經(jīng)驗和財富，我們理當借鑒吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點;

　　要多向權威請教、學習，但不能迷信權威，因為人人都有認知誤差，很難保證對哪怕是最了解的事物總能做出最科學的理解和判斷，開發(fā)人員一定要在廣泛調(diào)查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定;

　　如果是參考已有的老產(chǎn)品設計，設計中要留意老產(chǎn)品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬件哪些功能模塊相關，在設計這些相關模塊時要更加注意推敲，不能機械照抄原來設計。

　　6、原理圖設計時遵循的基本原則

　　硬件原理圖設計還應該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個設計過程，雖然成功的參考設計中也體現(xiàn)了這些原則，但因為我們可能是“拼”出來的原理圖，所以我們還是要隨時根據(jù)這些原則來設計審查我們的原理圖，這些原則包括：

　　數(shù)字電源和模擬電源分割;

　　數(shù)字地和模擬地分割，單點接地，數(shù)字地可以直接接機殼地(大地)，機殼必須接大地;

　　各功能塊布局要合理, 整份原理圖需布局均衡. 避免有些地方很擠,而有些地方又很松, 同PCB 設計同等道理;

　　可調(diào)元件(如電位器), 切換開關等對應的功能需標識清楚;

　　重要的控制或信號線需標明流向及用文字標明功能;

　　元件參數(shù)/數(shù)值務求準確標識. 特別留意功率電阻一定需標明功率值, 高耐壓的濾波電容需標明耐壓值;

　　保證系統(tǒng)各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線上的設備地址不能相同，等等;

　　閱讀系統(tǒng)中所有芯片的手冊(一般是設計參考手冊)，看它們的未用輸入管腳是否需要做外部處理，如果需要一定要做相應處理，否則可能引起芯片內(nèi)部振蕩，導致芯片不能正常工作;

　　在不增加硬件設計難度的情況下盡量保證軟件開發(fā)方便，或者以小的硬件設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟件設計，這點需要硬件設計人員懂得底層軟件開發(fā)調(diào)試，要求較高;

　　功耗問題;

　　產(chǎn)品散熱問題，可以在功耗和發(fā)熱較大的芯片增加散熱片或風扇，產(chǎn)品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“溫室”是感冒的;還要考慮產(chǎn)品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動暢通的位置，有利于熱量散發(fā)出去。

　　7、原理圖審核

　　硬件原理圖設計完成之后，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審，自審后要達到有95%以上把握和信心，然后再提交他人審核，其他審核人員同樣按照以上要求對原理圖進行嚴格審查，如發(fā)現(xiàn)問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則、步驟。

　　8、原理圖設計基本要求

　　只要開發(fā)和審核人員都能夠嚴格按以上要求進行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬件開發(fā)人員設計出的電路板一版成功率都會很高的，所以提出以下幾點：

　　設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是審核，嚴格自審，不要把希望寄托在審核人員身上，設計出現(xiàn)的任何問題應由設計人員自己承擔，其他審核人員不負連帶責任;

　　其他審核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進行嚴格審查，一旦設計出現(xiàn)問題，同樣反映了審核人員的水平、作風和態(tài)度;

　　普通原理圖設計，包括老產(chǎn)品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰;

　　對于功能復雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內(nèi)成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰;

　　原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點;

　　每張原理圖都需有公司的標準圖框,并標明對應圖紙的功能,文件名,制圖人名/確認人名, 日期, 版本號;

　　對于重點設計的相關模擬電路產(chǎn)品，沒有主用芯片、外圍芯片以及芯片與芯片之間的連接方面的問題。所以，元器件的選項尤為重要，對于硬件設計的一些基本原則一定要注意。

　　9、原理圖設計規(guī)范Checklist

　　No.類別描述

　　1檢視規(guī)則原理圖需要進行檢視，提交集體檢視是需要完成自檢，確保沒有低級問題。

　　2檢視規(guī)則原理圖要和公司團隊和可以邀請的專家一起進行檢視。

　　3檢視規(guī)則第一次原理圖發(fā)出進行集體檢視后所有的修改點都需要進行記錄。

　　4檢視規(guī)則正式版本的原理圖在投板前需要經(jīng)過經(jīng)理的審判。

　　5差分網(wǎng)絡原理圖中差分線的網(wǎng)絡，芯片管腳處的P和N與網(wǎng)絡命令的P和N應該一一對應。

　　6單網(wǎng)絡原理圖中所有單網(wǎng)絡需要做一一確認。

　　7空網(wǎng)絡原理圖中所有空網(wǎng)絡需要做一一確認。

　　8網(wǎng)格1、原理圖繪制中要確認網(wǎng)格設置是否一致。

　　2、原理圖中沒有網(wǎng)格最小值設置不一致造成網(wǎng)絡未連接的情況。

　　9網(wǎng)絡屬性確認網(wǎng)絡是全局屬性還是本地屬性

　　10封裝庫1、原理圖中器件的封裝與手冊一致。

　　2、原理圖器件是否是標準庫的symbol。

　　11繪制要求原理圖中器件的封裝與手冊一致。

　　12指示燈設計默認由電源點亮的指示燈和由MCU點滅的指示燈，便于故障時直觀判斷電源問題還是MCU問題

　　13網(wǎng)口連接器確認網(wǎng)口連接器的開口方向、是否帶指示燈以及是否帶PoE

　　14網(wǎng)口變壓器確認變壓器選型是否滿足需求，比如帶PoE

　　15按鍵確認按鍵型號是直按鍵還是側按鍵

　　16電阻上下拉同一網(wǎng)絡避免重復上拉或者下拉

　　17OD門芯片的OD門或者OC門的輸出管腳需要上拉

　　18匹配高速信號的始端和末端需要預留串阻

　　19三極管三極管電路需要考慮通流能力

　　20可測試性在單板的關鍵電路和芯片附近增加地孔，便于測試

　　21連接器防呆連接器選型時需要選擇有防呆設計的型號

　　22仿真低速時鐘信號，一驅(qū)動總線接口下掛器件的驅(qū)動能力、匹配方式、接口時序必須經(jīng)過仿真確認，例如MDC/MDIO、IIC、PCI、Local bus

　　23仿真電路中使用電感、電容使用合適Q值，可以通過仿真。

　　24時序確認上電時序是否滿足芯片手冊和推薦電路要求。

　　25時序確認下電時序是否滿足芯片手冊和推薦電路要求。

　　26時序確認復位時序是否滿足芯片手冊和推薦電路要求。

　　27復位開關單板按鍵開關設計，要防止長按按鍵，單板掛死問題，建議按鍵開關設計只產(chǎn)生一段短脈寬低電平。

　　28復位設計復位信號設計

　　(1)依據(jù)芯片要求進行上下拉

　　(2)確認芯片復位的默認狀態(tài)

　　(3)Peset信號并聯(lián)幾十PF的電容濾波，優(yōu)化信號質(zhì)量。

　　(4)復位信號保證型號完整性。

　　29復位所有接口和光模塊默認處于復位狀態(tài)。

　　30電平匹配不同電平標準互連，關注電壓、輸入輸出門限、匹配方式。

　　31功耗詳細審查各個芯片的功耗設計，計算出單板各個電壓的最大功耗，選擇有一定余量的電源。

　　32緩啟熱插拔電路要進行緩啟動設計

　　33磁珠小電壓大電流(安培級)值電源輸出端口的磁珠，需要考慮磁珠壓降

　　34連接器板間電源連接器通流能力及壓降留有預量

　　35標識扣板與母板插座網(wǎng)絡標識是否一致，前后插卡連機器管腳信號要一一對應。

　　36電平匹配一驅(qū)多信號要根據(jù)仿真結果進行阻抗匹配，確定是否加始端或末端匹配電阻

　　37匹配電平原理圖設計要關注廠家器件資料的說明，輸入輸出都會有明確的匹配要求。

　　38二級管使用在控制、檢測、電源合入等電路中的二極管，必須考慮二極管反向漏電流是否滿足設計要求。

　　39MOSCMOS器件未使用的輸入/輸出管腳需按照器件手冊要求處理，手冊未要求的必須與廠家確認處理方式。

　　40溫感關鍵器件尤其的溫度要進行監(jiān)控

　　41244/245有上、下拉需要的信號在經(jīng)過沒有輸出保持功能的總線驅(qū)動器后，需要在總線驅(qū)動器的輸入、輸出端加上下拉。

　　42244/245244/245如果不帶保持功能，則必須將不用的輸入管腳上下拉。

　　43時鐘晶振管腳直接輸出的信號禁止直接1驅(qū)多，多個負載會影響信號質(zhì)量，建議采用1對1的方式。

　　44時鐘晶體的xt-out和時鐘驅(qū)動器相連需要0402串阻，阻值選擇不能影響單板起震。

　　45時鐘鎖相環(huán)電路及參數(shù)的選取必須經(jīng)過專項計算。

　　46時鐘時鐘環(huán)路濾波陶瓷電容優(yōu)選NPO介質(zhì)電容。

　　47時鐘確認信號擺幅，jitter等是否超出器件要求。

　　48時鐘確認時鐘器件在中心頻率、工作電壓、輸出電平、占空比、相位等各項指標上能完全滿足要求。

　　49DDRDDR等存儲器接口都要有時鐘頻率降額設計。

　　50DDR對于可靠性要求較高的單板建議在RAM開發(fā)中滿足ECC設計規(guī)則要求。

　　51DDRDDR的VTT電源濾波要做到Vtt電阻和綠寶電容的搭配。

　　52PHYMDC/MDIO采用一驅(qū)多的匹配方式，主器件經(jīng)過串阻-》上拉電阻-》串阻到從器件，串阻要放置在兩端。

　　53PHY1對多的控制，PHY需要預留地址信號，用于控制。

　　54PHYCAM等芯片功耗根據(jù)訪問條件和溫度，功耗變化較大，設計時要要仔細查詢器件手冊，明確功耗和廠家芯片的關系。

　　55PHY設備有光模塊接口是，光模塊內(nèi)部串接10nf電容，鏈路不需要進行重復設計。

　　56散熱器選擇散熱器時，要考慮到散熱器的重量和與設備的結合方式。

　　57I2C設備通過I2C進行互聯(lián)時，可以使用芯片內(nèi)I2C模塊，也可以通過I2C模塊。

　　58電容單板中射頻相關部分設計的時候，需要旁路，濾波電容，針對不同的干擾頻率要選擇不同容值的濾波電容。

　　59電容電容并聯(lián)設計時，要計算或通過仿真分析諧振點，避免可能會出現(xiàn)的諧振問題。

　　60電容濾波電容的設計要關注對控制管腳的影響。

　　61電容沒有使用的管腳如何使用需要參考芯片手冊和demo板的設計去關注這些管腳的設計是否合理。

　　62特征阻抗對PCB布線的特征阻抗有特殊要求時，需要在原理圖或者給互連工程師的需求文檔中進行特殊說明。

　　63復位設計關鍵功能器件應該預留獨立的復位設計。

　　64復位設計很多Flash都有rst的管腳，為滿足啟動階段的軟件功能實現(xiàn)要求，在

　　65射頻濾波視頻放大器的電源設計時要添加合適的濾波電容，防止電源噪聲對射頻信號質(zhì)量造成本良影響。

　　66射頻濾波電源、功率電路設計是應用電需要考慮電阻的功率特性的選擇。

　　67可測試性部分功能模塊要保持可以長工狀態(tài)，利于進行硬件測試。

　　68射頻電路直流偏置電路是否需要使能控制，控制電壓精度是否滿足放大器的要求。

　　69射頻電路保證前級可能輸出的最大RF峰值功率小于后級級聯(lián)器件的最大極限輸入功率3dB左右，需要關注信號峰值和過沖對器件過功率的影響。

　　70射頻電路射頻器件功率放大器的中心散熱焊盤在原理圖上必須接地。

　　71射頻電路具備on/off的射頻器件功能，在off狀態(tài)下隔離度有問題，隔離度影響收發(fā)的干擾情況，干擾信號需要保持在合理電平內(nèi)，否則影響套片正常工作。

　　72射頻電路PA的RF發(fā)送端鏈路PA外圍電路正價負反饋設計防止燒PA。

　　73射頻電路射頻接收電路，需要在接收機和套片之間預留PI型位置，調(diào)試接收靈敏度。

　　74電源確保所有的電源轉(zhuǎn)換模塊OCP/OVP點(過流保護點和過壓保護點)設定正確

　　75電源電源的帶負載能力是否足夠，相數(shù)是否足夠，能提供足夠大的電流、功率給CPU,Chipset等(1相按最大20A計算，保守15A)

　　76電源PWM單相頻率范圍是200K-600K;集成MOS的可以達到1MHz

　　77電源輸入電容的Ripple current(參考2700mA);電容Ripple Current小會導致電容發(fā)熱，影響壽命

　　78電源輸出電容的ESR是否足夠小

　　79電源電容的耐壓是否滿足，同時滿足降額

　　80電源H-MOS導通時間短;L-MOS導通時間長

　　81電源H-Side MOSFET要選擇導通速度快的

　　82電源L-Side MOSFET要選擇Rds(on)低的

　　83電源線性電源的損耗P=Δv*i，一般，1顆LDO可承受的功率損耗Pmax*Junction=器件Temp，保證器件temp與環(huán)境Temp之和小于MOS的最大工作溫度的80%。

　　84電源單板上同一電源和地名稱要統(tǒng)一

　　85 電源單相PWM driver 的BOOT Pin與phase端接0.1uF電容.核對BOOT電容，是否耐壓值為50V。H-MOS導通之后，BOOT Pin電壓達24V，Phase端12V。

　　86電源H-side Gate上預留0ohm電阻，防止High side MOS因Vgs過大被擊穿

　　87電源Feedback電路設置是否準確;在電路上注釋反饋電壓計算公式。

　　88電源GND和AGND電路要分開,但最后要通過一點進行連接。如果是chipset的 AGND電流很大，可直接與GND相連，不需要連接0OHM,否則通流不夠。

　　89電源PWROK的上拉要用對應的電源去上拉。

　　90電源有些模塊線路copy過來后，需要注意AGND屬性要更改，最好能賦予net名字,比如經(jīng)常會遇到兩個P1V1的AGND起的名字一樣。

　　91電源確認電感封裝，核對飽和電流是否滿足電路需求。電感封裝越大，過電流能力越強，電感的飽和電流應該大于電路的OCP電流。

　　92電源確認補償線路，保證足夠的穿越頻率，以及相位裕度。

　　93電源核對LDO的最大壓差是否滿足器件的要求(輸入的電壓范圍和輸出的電壓范圍)

　　94FPGA確認輸入輸出的邏輯電平是否正確;電平類型:GTL,OD,LVCMOS33、LVCOM25、LVDS等。確認芯片和CPLD/FPGA之間的邏輯電平是否匹配，避免兩邊電平不一致。

　　95FPGACPLD的GPIO信號作為輸出管腳控制時序時，需要將此Pin通過4.7K至10K電阻做下拉處理

　　96FPGACPLD的JTAG接口需要連至Header上，注意Header的Pin腳定義符合燒錄器要求，JTAG信號預留ESD保護電路。

　　97FPGA空余的沒有使用的GPIO Pin接到LED上，一般3-4個LED即可。

　　98FPGA對于同一功能的GPIO盡量只選用同一個Pin(Reset信號除外)

　　99FPGA不同bank的電平跟這個bank的VCCIO電平有關

　　100FPGAFPGA外接ROM時，需在原理圖里面標注1,2,3順序(順序不對會出現(xiàn)燒錄不了的問題)。確保信號連接之間接口電平是否正確，是否需要采用levelshift設計

　　101FPGACPLD core電和IO電時序，一般要求core電要早于IO電，否則，輸出信號需要加下拉電阻。(一般情況下core電都早于IO電壓，Core起來之后IO狀態(tài)就可以固定了。具體要求參考廠家器件資料)

　　102FPGAFPGA的MGT Bank如果不用時，RX信號需要接地處理。

　　103FPGA MGT Bank指可配置為高速接口的bank，例如xilinx的GTP，GTX接口bank，不用時要對RX信號處理

　　104FPGA在原理設計期間必須向CPLD編程人員提供規(guī)范的CPLD需求文件

　　105FPGA在CPLD需求文件必須指定每個管腳的輸入和輸出狀態(tài)。

　　106FPGA對于CPLD盡可能的少用時序邏輯，多使用組合邏輯，盡可能用簡單邏輯代替復雜邏輯

　　107FPGA設計人員提供的邏輯需求要避免競爭和冒險，即用CPLD輸出的信號做其他邏輯的輸入判定

　　108FPGA有支持I2C的設計需求，要事先規(guī)劃好系統(tǒng)I2C拓撲，在芯片選型時要考慮預留邏輯空間。(BMC如果I2C資源夠用，CPLD單獨占用一組I2C總線)

　　109連接器高速連接器的帶寬要按照1.5-2倍選擇

　　110連接器確認connector在PCB上的Pin定義方式

　　111連接器兩塊對插板connector的對應Pin腳信號定義是否一致，對于多塊單板互連，需要確認對應連接器的物理位置是否正確。

　　112連接器根據(jù)板厚來確定是否可以選用焊接件和壓接器件

　　113連接器一般連接器應注意母端有長短針，因此需母端定義電源和GND

　　114連接器高速信號連接器，高速信號周圍的GND Pin一定接地

　　115連接器高速信號連接器，定義信號時，注意TX，RX在連接器上的分布，避免TX/RX混在一起(避免cross talk)

　　116連接器作為一個由兩個連接器拼成的接口，需選擇同一廠商，同一類型連接器

　　117連接器SMD連接器選擇時，其上面要有一個平面，便于工程的高速機吸嘴吸取不易脫落。Packing優(yōu)先選擇盤裝，不用管狀的。

　　118連接器盡量能夠統(tǒng)一為焊接器件或壓接器件

　　119連接器注意管腳長度的選擇

　　120連接器在進入layout布局之前務必提供各連接器位置順序圖

　　121連接器連接器選型時盡可能選擇通用的物料(兩家以上Source的)，保證一定的可替代性

　　122連接器連接器選型時需要考慮PCB的厚徑比(不能超過10:1)

　　123連接器網(wǎng)口連接器選擇時要關注連接器顏色，顏色不同會影響產(chǎn)品的外觀感知。

　　124連接器對于不同速率、種類的接口，如10GE、GE口、FE口、控制口、調(diào)試口的鞥可以通過面膜不同顏色進行區(qū)分。

　　125連接器連接器選擇時需要關注是否有定位管腳，沒有定位管腳生產(chǎn)加工時可能會出現(xiàn)偏位。

　　126連接器連接器選擇時需要關注引腳長度和PCB板厚的關系，引腳過長在單板生產(chǎn)加工完成時需要減腳處理，引腳過短(如定位管腳)在單板加工時會出現(xiàn)上翹等現(xiàn)象。

　　127時鐘clock signal(除differential Signal外)，要預留可調(diào)節(jié)EMI 的電容位置，一般為10pF.

　　128時鐘PCI-E2.0 slot的clock signal 建議與控制芯片同源。

　　129時鐘當Clockgen或Clock Buffer使用SYS供電時，應注意網(wǎng)卡、CPLD等芯片的時鐘信號是否需要單獨的時鐘源

　　130時鐘所有Clockgen和Clock Buffer的SMbus接口上拉的電壓應與IC的供電一致

　　131時鐘當晶振或clock buffer輸出的電平和IC需要的電平不一致時需要加AC耦合和阻抗匹配電路，同時要注意SWING和CROSSPOINT設置是否正確。

　　132時鐘注意Ossilater的clock信號輸出電平，如果是LVPECL，外部需要加對地150ohm電阻。對于發(fā)射級耦合邏輯電路，需要在外圍提供地回流路徑。

　　133時鐘CPU的晶振應盡量排布在晶振輸入引腳附近。無源晶振要加幾十皮法的電容;有源晶振可直接將信號引至CPU的晶振輸入腳。