電子產(chǎn)品設計步驟指南

2020-12-09

電子產(chǎn)品設計的開(kāi)發(fā)可分為七個(gè)步驟：初步生產(chǎn)設計，原理圖，PCB布局，最終BOM，原型，測試和程序以及最終認證。

步驟1 –創(chuàng )建初步的生產(chǎn)設計

在開(kāi)發(fā)新的電子硬件產(chǎn)品時(shí)，您應該首先進(jìn)行初步的生產(chǎn)設計。請勿將其與概念驗證（POC）原型相混淆。

POC原型通常使用Arduino等開(kāi)發(fā)套件構建。有時(shí)，它們對于證明您的產(chǎn)品概念可以解決所需的問(wèn)題很有用。但是POC原型遠非生產(chǎn)設計。您幾乎不會(huì )在產(chǎn)品中嵌入Arduino的情況下進(jìn)入市場(chǎng)。

一個(gè)初步的生產(chǎn)設計側重于產(chǎn)品的組件生產(chǎn)，成本，利潤空間，性能，功能，開(kāi)發(fā)可行性和可制造性。

您可以使用初步的生產(chǎn)設計來(lái)估算產(chǎn)品所需的每項成本。準確知道開(kāi)發(fā)，原型制作，編程，認證，擴展和制造產(chǎn)品的成本非常重要。

初步的生產(chǎn)設計 將回答以下相關(guān)問(wèn)題。我的產(chǎn)品是否可行開(kāi)發(fā)？我可以負擔得起開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品的費用嗎？開(kāi)發(fā)產(chǎn)品需要多長(cháng)時(shí)間？我可以批量生產(chǎn)產(chǎn)品嗎？我可以賺錢(qián)賣(mài)嗎？

許多企業(yè)家錯誤地跳過(guò)了初步的生產(chǎn)設計步驟，而直接跳入設計原理圖。

這樣一來(lái)，您最終可能會(huì )發(fā)現自己已經(jīng)花了所有這些努力和來(lái)之不易的錢(qián)購買(mǎi)了無(wú)法負擔得起的開(kāi)發(fā)，制造或最重要的是獲利銷(xiāo)售的產(chǎn)品。

步驟1A –系統框圖

在創(chuàng )建初步生產(chǎn)設計時(shí)，應首先定義系統級框圖。該圖指定了每個(gè)電子功能以及所有功能組件的互連方式。

圖2 –框圖指定了每個(gè)功能和系統級連接。

大多數產(chǎn)品需要具有各種組件（顯示器，傳感器，內存等）的微控制器或微處理器，這些組件通過(guò)各種串行端口與微控制器連接。

通過(guò)創(chuàng )建系統框圖，您可以輕松識別所需的串行端口的類(lèi)型和數量。這是為產(chǎn)品選擇正確的微控制器必不可少的第一步。

步驟1B –選擇生產(chǎn)組件

接下來(lái)，您必須根據所需的功能和產(chǎn)品的目標零售價(jià)格選擇各種生產(chǎn)組件：微芯片，傳感器，顯示器和連接器。然后，您可以創(chuàng )建初步的物料清單（BOM）。

圖3：選擇生產(chǎn)組件是關(guān)鍵的第一步開(kāi)發(fā)步驟。

您可以購買(mǎi)大多數電子組件（用于原型設計和初始測試），也可以購買(mǎi)多達數千個(gè)（用于小批量制造）。

一旦達到更高的產(chǎn)量，您將可以直接從制造商那里購買(mǎi)一些組件來(lái)節省金錢(qián)。

步驟1C –估算生產(chǎn)成本

現在，您應該估算產(chǎn)品的生產(chǎn)成本（或銷(xiāo)售成本– COGS）。盡快了解制造您的產(chǎn)品的成本至關(guān)重要。

您需要知道產(chǎn)品的制造單位成本，才能確定最佳的銷(xiāo)售價(jià)格，庫存成本，最重要的是您的利潤。

圖4 –盡早估算生產(chǎn)成本至關(guān)重要。

您選擇的生產(chǎn)組件當然會(huì )對制造成本產(chǎn)生重大影響。

但是要獲得準確的制造成本估算，您還必須包括PCB組裝，最終產(chǎn)品組裝，產(chǎn)品測試，零售包裝，報廢率，退貨，物流，關(guān)稅和倉儲的成本。

步驟2 –設計原理圖

現在是時(shí)候根據您在步驟1中創(chuàng )建的系統框圖來(lái)設計電路原理圖了。

圖5：電路原理圖示例。

示意圖顯示了從微芯片到電阻器的每個(gè)組件如何連接在一起。盡管系統框圖主要集中在較高級別的產(chǎn)品功能上，但示意圖僅涉及一些小細節。

諸如原理圖中組件上的引腳編號錯誤之類(lèi)的簡(jiǎn)單問(wèn)題可能會(huì )導致功能的完全缺乏。

在大多數情況下，系統框圖的每個(gè)模塊都需要一個(gè)單獨的子電路。這些不同的子電路然后將被連接在一起以形成完整的原理圖。

使用特殊的電子設計軟件來(lái)創(chuàng )建原理圖并幫助確保其沒(méi)有錯誤。我建議使用一個(gè)名為DipTrace的軟件包 ，該軟件包 價(jià)格合理，功能強大且易于使用。

其他流行的PCB軟件包包括Altium Designer和Eagle。但請注意，它們非常昂貴，最適合設計多種產(chǎn)品的人員。

步驟3 –設計印刷電路板（PCB）

完成原理圖后，您現在將設計印刷電路板（PCB）。PCB是固定并連接所有電子組件的物理板。

本質(zhì)上，系統框圖和原理圖電路的開(kāi)發(fā)主要是概念性的。PCB設計是非常真實(shí)的世界。

圖6：現在必須將原理圖電路圖轉換為PCB布局設計。

使用與創(chuàng )建原理圖相同的軟件來(lái)設計PCB。該軟件將具有各種驗證工具，以確保PCB布局符合所用PCB工藝的設計規則，并且PCB與原理圖匹配。

通常，產(chǎn)品越小，組件封裝得越緊密，創(chuàng )建PCB布局所花費的時(shí)間就越長(cháng)。如果您的產(chǎn)品路由大量電源或提供無(wú)線(xiàn)連接，那么PCB布局就顯得尤為關(guān)鍵和耗時(shí)。

圖7 –印刷電路板（PCB）布局設計示例

對于大多數PCB設計而言，最關(guān)鍵的部分是電源布線(xiàn)，高速信號（晶體時(shí)鐘，地址/數據線(xiàn)等）和任何無(wú)線(xiàn)電路。