如何设计好一个硬件电路？

如何设计一个好的硬件电路，如何设计一款稳定性好的电子产品，是一名工程师整个职业生涯中都在追求的东西。从如下几个方面入手可以有效的提高电路、产品的稳定性。

产品的功能、设计的方案、芯片的选型，都来源于具体的产品需求。产品的需求一定要明晰清楚，从产品的功能到产品使用场合以及用户人群或者客户的特殊要求都要考虑清楚。将客户的需求整理成清晰的电气化语言，需求的对接上不要存在模糊点，否则这有可能会成为以后的争执点。

众所周知，芯片都是有使用条件的，比如说工作电压范围、通过电流大小、工作温度等。芯片选型结合产品需求，而且一定要留足余量。例如：

系统的电压为24V，在选择电容时要确保选择电容的耐压值大于36V的；例如流过MOS管的最大电流是10A，则要选择MOS管的过电流能力超过15A。一般来讲，要留足30%-50%，甚至更多的余量。

技术方案出来后，阻值相关人员评审，提出不同的意见，集思广益，及早发现问题关键点，同时也让大家知道背景，出现问题好及时沟通解决。

所谓测试，就是产品原型出来之后，要对产品做功能性测试和稳定性测试，其目的是及早的发现产品的BUG并修正，并为产品所需要的各种认证测试做好摸底实验。

虽然我们做足了测试工作，但是并不能发现所有的BUG，一定要收集用户的反馈，并在下一版本中及时改进更新。

做电路设计，要掌握的知识很多，是比较难入门的，不但要有相关的专业基础知识，还要有设计经验。想要设计出一个好的硬件电路，要有30%的专业知识，70%的经验。

专业基础知识

想设计出一个好的硬件电路，扎实的专业基础知识是必须的，要有很强的电路基础、模拟电路、数字电路等专业知识，复杂的电路都是由基本的电路组成的，因此，精通掌握基本电路的功能和用法，对设计电路有很大的帮助。

项目经验

很多设计要靠项目经验积累，光有理论知识很难设计出一个好的电路，只有实际应用过才知道怎样设计才是最合理、最可靠的。

一个成熟的硬件电路形成过程是由设计人员进行原理设计，电路仿真，原理图确定，制作实物，环境试验、参数性能指标极限试验等，出问题重新迭代，再试验，实际使用，根据使用情况多次迭代，最终形成定型的硬件电路。

总之，做硬件电路设计，需要掌握的知识很多，而且大部分知识是教材上没有的，需要平时工作中积累。电路设计是比较难入门的，很多相关专业毕业的大学生，连电路都还看不懂，更别说自己设计电路了。

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我觉得好的硬件设计应该从下面几个方向来考虑：

1）需求定义：我们设计的产品都是给用户去使用的，产品好不好不是设计人员说了算，而是用户使用后去评判。那么我们在设计硬件之前，就需要考虑好用户的核心诉求是什么，硬件功能有哪些，应用环境，使用寿命等。

2）需求分解及方案设计：从这些用户诉求中提炼出硬件设计的基本需求，根据这些基本需求选择合适的方案。一个好的方案，包含很多方面，需求的完整度及可实现性、方案的成本（人力及物料）、方案的DFX考虑（可制造性DFM、可测试性DFT等）等。

3）硬件实现上：

a. 器件选型，好的设计不是说一定要用最好的器件，合适的器件即可，性价比是重要的。另外器件的可靠性也要考虑，HBM/CDM等级，工业级/商业级，供电&功耗，尺寸&高度等。

b. 电路设计，功能不能遗漏，同时电路设计也要简化，关键电路最好能有冗余备份，考虑到后期维护，也要设计相关的维测电路，如指示灯，电压监控等

c. PCB设计。好的硬件也要考虑PCB设计，如高速信号设计、时钟隔离、复位中断信号设计、电源参考等。信号完整性测试，SI/PI。另外，单板PCB布局也很关键的，涉及结构、散热、EMC等方面。

d. 可靠性设计。给用户用的硬件，不能一用就坏，ESD、EMC设计都要兼顾，防护电路的设计，对于存储器件是否考虑ECC，器件及电路温度降额、电压&电流降额、功耗降额等等。

4）测试加工。样机的验证，信号质量、信号时序、功能测试、性能测试等等，快速验证样机的功能性能。另外如何在生产上快速拦截故障品，需要FT测试、老化测试，温循测试等等测试项的合理选择，避免器件的早期失效。

5）后期维护。硬件不是卖给用户就结束了，良好的硬件设计，还需要关注后期在用户端的表现，故障信息的收集，故障问题的快速闭环，针对发现的问题不断改进设计。