设计一款硬件电路，要熟习元器件的根本理论，比如元器件事理、选型及利用，学会绘制事理图，并通过软件完成PCB设计，闇练节制工具的技巧利用，学会如何优化及调试电路等。要如何完全地设计一套硬件电路设计，下面为大家分享我的几点个人履历：
1）总体思路
设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不随意马虎。有些大框架大概自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路详细实现；但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得只管即便利用他人的成果，越是有履历的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。
2）理解电路
如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多韶光了(包括前期设计和后期调试)。立时就copy？NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的缺点。
3）找到参考设计
在开始做硬件设计前，根据自己的项目需求，可以去找能够知足硬件功能设计的，有很多干系的参考设计。没有找到？也没紧要，先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的哀求，哪些才是自己须要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的表示，这也须要长期地逐步地积累。这期间，要长于提问，由于自己不懂的东西，别人每每一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。
4）硬件电路设计的三个部分：事理图、PCB和物料清单（BOM）表
事理图设计，实在便是将前面的思路转化为电路事理图，它很像我们教科书上的电路图。pcb涉及到实际的电路板，它根据事理图转化而来的网表(网表是沟通事理图和pcb之间的桥梁)，而将详细的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电旗子暗记(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件该当有所归纳，以是我们将用到BOM表。
5）选择PCB设计工具
Protel，也便是Altium（现在入门的童鞋大多用AD）随意马虎上手，网上的学习教程资料也很全面，在海内也比较盛行，搪塞一样平常的事情已经足够，适宜初入门的设计者利用。
硬件电路设计的大环节必不可少，紧张都要经由以下这几个流程：
1）事理图设计
2）PCB设计
3）制作BOM表
现在再谈一下详细的设计步骤
事理图建立+网表天生
1. 事理图库建立。要将一个新元件摆放在事理图上，我们必须得建立改元件的库。库中紧张定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以详细的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其大略，而且由于用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对利用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等差异。
2. 有了充足的库之后，就可以在事理图上画图了，按照datasheet和系统设计的哀求，通过wire把干系元件连接起来。在干系的地方添加line和text注释。wire和line的差异在于，前者有电气属性，后者没有。wire适用于连接相同网络，line适用于注释图形。这个时候，应搞清一些基本观点，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。
3. 做完这一步，我们就可以天生netlist了，这个netlist是事理图与pcb之间的桥梁。事理图是我们能认知的形式，电脑要将其转化为pcb，就必须将事理图转化它认识的形式netlist，然后再处理、转化为pcb。
4. 得到netlist，立时画pcb?别急，先做ERC先。ERC是电气规则检讨的缩写。它能对一些事理图基本的设计缺点进行排查，如多个output接在一起等问题。(但是一定要仔细检讨自己的事理图，不能过分依赖工具，毕竟工具并不能明白你的系统，它只是纯粹地根据一些基本规则排查。)
5. 从netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和数不清的飞线是不是让你吓了一跳?呵呵，别急还得逐步来。
6. 确定板框大小。在keepout区(或mechanic区)画个板框，这将限定了你布线的区域。须要根据需求好考虑板长，板宽(有时，还得考虑板厚)。当然了，叠层也得考虑好。(叠层的意思便是，板层有几层，怎么运用，比如板统共4层，顶层走旗子暗记，中间第一层铺电源，中间第二层铺地，底层走旗子暗记)。
PCB布局布线
先阐明一下前面的术语。post-command，例如我们要拷贝一个object(元件)，我们要先选中这个object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V(copy命令发生在选中object之后)。这种操作windows和protel都采取的这种办法。但是concept便是其余一种办法，我们叫做pre-command。同样我们要拷贝一个东西，先按ctrl+C，然后再选中object，再在表面单击(copy命令发生在选中object之前)。
1. 确定完板框之后，就该元件布局(摆放)了，布局这步极为关键。它每每决定了后期布线的难易。哪些元器件该摆正面，哪些元件该摆背面，都要有所考量。但是这些都是一个仁者见仁，智者见智的问题;从不同角度考虑摆放位置都可以不一样。实在自己画了事理图，明白所有元件功能，自然对元件摆放有清楚的认识(如果让一个不是画事理图的人来摆放元件，其结果每每会让你大吃一惊。对付初入门的，把稳仿照元件，数字元件的隔离，以及机器位置的摆放，同时把稳电源的拓扑就可以了。
2. 接下来便是布线。这与布局每每是互动的。有履历的人每每在开始就能看出哪些地方能布线成功。如果有些地方难以布线还须要改动布局。对付fpga设计来说每每还要改动事理图来使布线更加顺畅。布线和布局问题涉及的成分很多，对付高速数字部分，由于牵扯到旗子暗记完全性问题而变得繁芜，但每每这些问题又是难以定量或纵然定量也难以打算的。以是，在旗子暗记频率不是很高的情形下，应以布通为第一原则。
3. OK了？别急，用DRC检讨检讨先，这是一定要检讨的。DRC对付布线完成覆盖率以及规则违反的地方都会有所标注，按照这个再逐一的排查，改动。
4. 有些pcb还要加上敷铜(可能会导致本钱增加)，将出线部分做成泪滴(工厂大概会帮你加)。末了的pcb文件转成gerber文件就可交付pcb生产了。(有些直接给pcb也成，工厂会帮你转gerber)。
5. 要装置pcb，准备bom表吧，一样平常能直接从事理图中导出。但是须要把稳的是，事理图中哪些部分元件该上，哪些部分元件不该上，要做到生理有数。对付小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便(大公司每每要专业软件来管理)。而对付新手而言，第一个版本，不建议直接交给装置工厂或焊接工厂将bom的料全部焊上，这样不便于排查问题。最好的方法便是，根据bom表自己准备好元件。等到板来了之后，一步步上元件、调试。
电路板调试
1. 拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供电看功能，硬件调试不可能一步调试完成的。先拿万用表看看关键网络是否有不正常，紧张是看电源与地之间有否短路(只管生产厂商已经帮你做过测试，这一步还是要自己亲自看看，有时候看起来某些步骤挺繁琐，但是可以节约你后面不少韶光！
)，实在短路与否不只pcb有关，在生产制作的任何一个环节可能导致这个问题，IO短路一样平常不会造成灾害性的后果，但是电源短路就......
2. 电源网络没短路？那么好，那就看看电源输出是否是自己空想的值，对付初学者，调试的时候最好IC一件件芯片上，第一个要上的便是电源芯片。
3. 电源网络短路了？这个比较麻烦，不过要仔细看看自己事理图是否有可能这样的情形，同时结合割线的方法一步步排查倒底是什么地方短路了，是pcb的问题(一样平常比较烂的pcb厂就可能涌现这种情形)，还是装置的问题，还是自己设计的问题。关于检讨短路还有一些技巧，这在今后登出......
4. 电源芯片没有输出?检讨检讨你的电源芯片输入是否正常吧，还须要检讨的地方有使能旗子暗记，分压电阻，反馈网络......
5. 电源芯片输出值不在预见范围?如果超过很离谱，比如到了10%，那么看看分压电阻先，这两个分压电阻一样平常要用1%的精度，这个你做到了没有，同时看看反馈网络吧，这也会影响你的输出电源的范围。
6. 电源输出正常了，别高兴，如果有条件的话，拿示波器看看吧，看看电源的输出跳变是否正常。也便是抓取开电的瞬间，看看电源从无到有的情形(至于为什么要看着个，嘿嘿......专业人士还是要看的～)
电源设计
无疑电源设计是全体电路板最主要的一环。电源不稳定，其他啥都别谈。我想不用balabala陈说它究竟有多么主要了。
在电源设计我们用得最多的场合是，从一个稳定的“高”电压得到一个稳定的“低”电压。这也便是常常说的DC/DC，个顶用得最多的电源稳压芯片有两种，一种叫LDO(低压差线性稳压器，我们后面说的线性稳压电源，也是指它)，另一种叫PWM（脉宽调制开关电源，我们在本文也称它开关电源）。我们常常听到PWM的效率高，但是LDO的相应快，这是为什么呢？别焦急，先让我们看看它们的事理。
下面会涉及一些理论知识，但是依然非常浅近易懂，如果你不懂，嘿嘿，得检讨一下自己的根本了。
一、线性稳压电源的事情事理
如图是线性稳压电源内部构造的大略示意图。我们的目的是从高电压Vs得到低电压Vo。在图中，Vo经由两个分压电阻分压得到V+，V+被送入放大器(我们把这个放大器叫做偏差放大器)的正端，而放大器的负端Vref是电源内部的参考电平(这个参考电平是恒定的)。放大器的输出Va连接到MOSFET的栅极来掌握MOSFET的阻抗。Va变大时，MOSFET的阻抗变大;Va变小时，MOSFET的阻抗变小。MOSFET上的压降将是Vs-Vo。
现在我们来看Vo是怎么稳定的，假设Vo变小，那么V+将变小，放大器的输出Va也将变小，这将导致MOSFET的阻抗变小，这样经由同样的电流，MOSFET的压差将变小，于是将Vo上抬来抑制Vo的变小。同理，Vo变大，V+变大，Va变大，MOSFET的阻抗变大，经由同样的电流，MOSFET的压差变大，于是抑制Vo变大。
二、开关电源的事情事理
如上图，为了从高电压Vs得到Vo，开关电源采取了用一定占空比的方波Vg1,Vg2推动高下MOS管，Vg1和Vg2是反相的，Vg1为高，Vg2为低;上MOS管打开时，下MOS管关闭;下MOS管打开时，上MOS管关闭。由此在L左端形成了一定占空比的方波电压，电感L和电容C我们可以看作是低通滤波器，因此方波电压经由滤波后就得到了滤波后的稳定电压Vo。Vo经由R1、R2分压后送入第一个放大器(偏差放大器)的负端V+，偏差放大器的输出Va做为第二个放大器(PWM放大器)的正端，PWM放大器的输出Vpwm是一个有一定占空比的方波，经由门逻辑电路处理得到两个反相的方波Vg1、Vg2来掌握MOSFET的开关。
偏差放大器的正端Vref是一恒定的电压，而PWM放大器的负端Vt是一个三角波旗子暗记，一旦Va比三角波大时，Vpwm为高；Va比三角波小时，Vpwm为低，因此Va与三角波的关系，决定了方波旗子暗记Vpwm的占空比；Va高，占空比就低，Va低，占空比就高。经由处理,Vg1与Vpwm同相，Vg2与Vpwm反相；终极L左真个方波电压Vp与Vg1相同。如下图
当Vo上升时，V+将上升，Va低落，Vpwm占空比低落，经由们逻辑之后，Vg1的占空比低落，Vg2的占空比上升，Vp占空比低落，这又导致Vo降落，于是Vo的上升将被抑制。反之亦然。
三、线性稳压电源和开关电源的比较
懂得了线性稳压电源和开关电源的事情事理之后，我们就可以明白为什么线性稳压电源有较小的噪声，较快的瞬态相应，但是效率差;而开关电源噪声较大，瞬态相应较慢，但效率高了。
线性稳压电源内部构造大略，反馈环路短，因此噪声小，而且瞬态相应快(当输出电压变革时，补偿快)。但是由于输入和输出的压差全部落在了MOSFET上，以是它的效率低。因此，线性稳压一样平常用在小电流，对电压精度哀求高的运用上。
而开关电源，内部构造繁芜，影响输出电压噪声性能的因数很多，且其反馈环路长，因此其噪声性能低于线性稳压电源，且瞬态相应慢。但是根据开关电源的构造，MOSFET处于完备开和完备关两种状态，除了驱动MOSFET，和MOSFET自己内阻花费的能量之外，其他能量被全部用在了输出(理论上L、C是不耗能量的，只管实际并非如此，但这些花费的能量很小)。
总而言之，要学好硬件电路设计，首先要弄清楚项目需求，根据功能设计硬件框架，结合参考设计，多借鉴别人的设计成果，复用到自己的硬件项目上面来。
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