- 硬件基础知识
- PCB基础知识
- 嘉立创EDA(专业版)软件的安装及使用
- PCB设计
- PCB设计规则(原理图、布局、布线)
- 项目(暂定)
1、硬件基础
初级硬件工程师
熟练掌握数字电路、模拟电路知识,熟悉常用电子元器件的性能原理;
熟悉PCB设计流程和规范,熟悉Altium Designer、PADS等工具软件;
熟练使用电子电路相关调试工具(万用表、示波器、逻辑分析仪、焊台)硬件调试设备 · 华清远见工作空间
熟悉嵌入式硬件架构和通用硬件接口(RAM、NAND/EMMC/UFS、SD、SPI、I2C、I2S、CAN、 UART、USB和LCD等);
熟悉电子产品设计流程,生产工艺流程。
中级硬件工程师
精通STM32、ARM、DSP(数字信号处理器)、FPGA(可编程门阵列)等处理器硬件设计;
具有高速数字电路,熟练进行六层或以上层数的PCB的绘制,有丰富的PCB设计经验;
能独立完成硬件产品的系统原理图设计,PCB板设计、调试,顺利阅读器件英文资料;
熟悉硬件电路可靠性设计和测试方法,具备RF(射频)、EMC(电磁兼容)、SI(信号完整)的相关知识;
负责产品全生命周期的硬件开发工作,包括撰写设计规格书、详细设计方案、原理图、调试、设计验证、硬件测试以及产品的维护工作。
高级硬件工程师
负责硬件产品的战略规划;
完成产品的开发、测试、版本管理、评审发布、产品上线等相关工作;
负责与外观,模具,元器件,制版,焊接,外包装,组装,配件等第三方合作厂商深度沟通;
为产品研发团队拟定明确有竞争力的产品方向,并能够统筹和推动研发执行;
持续关注并研究行业前沿技术,挖掘新技术在产品上实施的可能性,以保证产品在技术上的持续创新;
负责软硬资源整合,把控产品相关的品质管理、生产成本等环节。
需要学习的知识点
嵌入式硬件工程师需要学习多种知识,包括电路(初高中的知识)、模拟电子技术(晶体管电路设计)、数字电路(真值表)(产品说明书)、C语言、嵌入式、单片机、微机原理、电子线路设计、数据结构及高等数学等。https://exp.xiaogd.net/circuitjs1-zh/circuitjs.html
除此之外,嵌入式硬件工程师还需要掌握以下内容:电路基础
- 分立器件的应用:包括电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOS管等。
- 逻辑器件使用、硬件编程、语言、软件的使用、逻辑电平的应用以及匹配等。
- 电源的设计和应用:包括DC-DC(直流电压转换)、LDO(线性稳压器)电源芯片设计的原理以及设计时各元器件的选型等。
- 时序分析与设计:包括逻辑器件中时序分析与设计(DHT11)、存储器中时序分析与设计等。
- 复位和时钟的知识:包括复位电路的设计、晶体和晶振的原理以及设计和起振问题分析等。
- 存储器的应用:包括EEPROM、flash、S/DRAM等知识原理以及电路设计等。
- CPU及最小系统知识:了解ARM、PowerPC、MIPS的CPU架构以及最小系统的电路设计。
- 总线的知识:包括PCI、PCIE、USB等高速总线以及uart、I2C等低速总线。
- EMC、安规知识:包括各种测试、指标等以及各种防护器件应用等。
- 热设计、降额设计。
- PCB工艺、布局、可制造性、可测试性设计。
- 交换知识:芯片知识以及电路设计和调试等。
- 测试知识、示波器使用等。
●电阻:电阻的工作原理是基于欧姆定律,即电阻的阻值取决于其材料、长度和横截面积。电阻的主要作用是限制电流,调节电压和电流,以及保护电路。限流分压
●电容:电容的工作原理是基于电容器充放电的特性。当电容器两端加上电压时,电容器会充电,储存电荷;当电容器两端电压降低时,电容器会放电,释放储存的电荷。电容的主要作用是过滤电源上的波动和纹波(滤波)、耦合,平滑电源。
●电感:电感的工作原理是基于电磁感应的原理。当电流通过线圈时,会产生磁场,磁通量随着电流的变化而变化。电感的主要作用是在电路中储能、滤波、阻抗匹配。
●磁珠:磁珠的工作原理是基于磁性材料的磁滞特性。磁珠通常是由铁氧体或其他磁性材料制成,当电流通过磁珠时,会在磁珠中产生磁场,磁通量随着电流的变化而变化。磁珠的主要作用是抑制信号线和电源线上的高频噪声和尖峰干扰。
●二极管:二极管的工作原理是基于PN结的单向导电性。在正向偏置时,PN结中的电子会从N极流向P极,形成电流;在反向偏置时,PN结中的空穴会从P极流向N极,形成反向电流。二极管的主要作用是整流、稳压和保护电路。
●三极管:三极管的工作原理是基于电流放大和开关的原理。三极管有三个区:发射区、基区和集电区。当三极管工作时,基区内的电子会被激发到发射区,形成发射极电流;同时,集电区的空穴会被吸引到基区,形成集电极电流。三极管的主要作用是放大信号、控制电流和电压以及开关电路。
●MOS管:场效应管(MOS管)的工作原理是基于半导体材料的电压控制特性。在MOS管的源极和漏极之间加上电压时,会产生一个垂直的电场,这个电场会控制源极和漏极之间的电阻。MOS管的主要作用是放大信号、降低阻抗和开关电路。
2、PCB基础
什么是PCB?PCB的作用?
PCB(Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板或印刷线路板,是一种重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,也是电子元器件电气连接的提供者。通过将电子元器件固定在一个机械载体上,并通过导线进行连接,使得电子元件之间可以实现可靠的电气连接,从而使设备得以正常运行。
PCB板的主要功能是提供电子元件之间的连接和支撑,可根据产品的需求设计出不同的布线和层次结构。具体来说,PCB板的用途包括以下几个方面:
(1)电气连接:PCB的核心功能是实现电子元器件之间的电气连接,将多个电子元件连接在一起,形成一个完整的电路。通过精确布线和焊接技术,确保电子元件之间的信号传输和信息交流。
(2)节省空间:相比于传统的点对点连线,PCB板通过在一个平面上布置电路元件,使得电子产品更加紧凑、轻巧,可以提高产品的性能和便携性。
(3)提高性能:PCB板上的电路布线可以使信号传输更加稳定、可靠。这是因为PCB板可以根据不同的信号要求,优化电路布局和层次结构,减少信号干扰和互相干扰的可能性。
(4)降低成本:PCB板的生产和装配过程相对简单,可以大规模生产,降低成本。此外,PCB板的可重复性高,维修和更换也较为方便,能够降低产品的制造成本和维护成本。
PCB的制作过程
3D动画揭秘PCB电路板的完整制造流程和制造工艺_哔哩哔哩_bilibili
PCB板的层数
PCB板的层数指的是铜层的数量。PCB是由铜层+基材压合而成,除了单面板是一层铜,双面以上的板都是双数层。元器件是焊接在最外层上的,其他层起到导线连接作用,不过现在也有些高端PCB会把元器件埋在PCB内层里面。
单层板:只有一面有导电线路。通常用于简单的电路,如开关、LED灯等。
双层板:两面都有导电线路,并通过中间的基板(通常是绝缘材料)上的通孔(Via)连接。
多层板:每层之间由绝缘材料分隔,并通过过孔(通孔、盲孔或埋孔)等连接。多层板的设计可以极大地提高电路密度和复杂性,适用于高端电子设备、计算机主板、通信设备等。多层板常见的层数有4层、6层、8层、10层、12层等,甚至更多。
PCB设计软件
PADS(南方市场使用多些)
Altium Designer(全国使用都多,北方占有率更高)
Cadence(大型项目用的多)
立创EDA(专业版)(开源免费,库丰富)
安装立创EDA
国产嘉立创EDA - 一个用心为中国人定制的电路板开发平台
然后直接无脑下一步
打开EDA
需要加载激活文件(点击下方链接)
客户端使用说明
客户端常见问题 | 嘉立创EDA专业版用户指南
- PCB设计
目的:学习画原理图到PCB设计的整个流程
3.1 PCB设计流程
3.2 元器件符号设计
元器件符号:这是电子元器件的图形表示,用于在原理图中表示特定的元器件。例如,一个电阻器可能由一个表示电阻的符号来表示,一个电容器的符号可能是一个平行板。
立创EDA专业版-使用教程 (lceda.cn)
- 新建器件(目的画一个ADC(模数转换器)芯片)
淘宝搜一个ADC
- 选择团队,如果没有新建一个,器件处填上器件的名字
- 如下图添加分类,点击之后点管理分类
- 点加号添加自己的类,应用并确认
- 选择自己新创建的分类并确认
- 编辑描述并保存
功能介绍
- 绘制图形并保存
如果元器件符号复杂可以使用向导
3.3 原理图设计
原理图:原理图是一种图形表示,用于描述电子设备中各个元器件之间的连接关系。原理图可以帮助工程师理解和设计设备的工作方式。在原理图中,每个元器件用一个符号表示,这些符号之间用线连接,表示它们之间的电气连接。
立创EDA专业版-使用教程 (lceda.cn)
- 文件-》新建-》工程
选择团队配置工程名字,编写描述
右击可以修改名字
点击库-----》团队----》根据分类找到元器件------》进行放置
3.4 元器件封装设计
封装:封装是指将电子元器件连接到PCB(印刷电路板)的方式。封装包括将元器件放置在PCB上的位置,以及如何将它们连接到PCB上的导电路径。封装的目的是保护元器件免受环境影响,同时确保它们可以与其他组件进行可靠的电气连接。
新建封装
- 选择团队、名字、选择分类、添加描述
- 去半导小芯或立创商城找到对应元器件的数据手册
- 放置焊盘并更改形状-》放置折线或者框
如果原理图复杂可使用向导完成
- 在原理图中元器件中单击添加自己刚刚绘制的封装
- 设计-》更新到PCB
- 效果
- 3D效果
3.5 元器件库使用
- 继电器模块绘制
继电器模块的使用(超详细)_继电器模块工作原理-CSDN博客
- 到淘宝官网找一个继电器模块
- 去立创商城搜索继电器
- 在淘宝寻找端子,将端子原理图加入。连接继电器与端子。
- 添加三极管和插座以及二极管(选择电阻0603 0805等是不同的封装,尺寸不同)
原理图
布局
- 先大后小,先难后易:首先放置重要的单元电路和核心元器件,优先考虑较大、较复杂的元件,确保关键部分布局合理。
- 按电路功能分区:按照电路的功能模块进行布局,将相同或相似功能的电路元件集中放置,便于信号传输和管理。
- 保持信号完整性:对于高速信号线,应避免与其他信号线或电源线交叉,以防止信号串扰和干扰。可以通过分层布局,将信号线、电源线和地线分别布局在不同的层上。
- 热管理:发热元件应远离敏感元件,并确保良好的散热路径,避免热积聚。
- 均匀分布、重心平衡:遵循均匀分布原则,使版面美观,同时保持重心平衡,避免因重心偏移导致电路板受力不均。
- 布线规则:控制走线长度,尽量缩短走线长度,特别是关键信号线,以减少信号衰减和时延。避免锐角和直角,布线时应尽量使用圆角或45度角,以减少信号反射和阻抗不连续。
此外,还需注意以下几点:
在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上并相互平行或垂直排列,以保持整洁美观。
滤波电容和振荡器的放置要与电源接近,振荡器前端放电阻。
在布局时,需要考虑到布线通道评估、等长需要的空间,以及电源流向和电源通道。
高速、中速、低速电路要分开布局,强电流、高电压、强辐射元器件应远离弱电流、低电压、敏感元器件。
模拟、数字、电源、保护电路也应分开布局。
接口保护器件应尽量靠近接口放置,电平变换芯片(如RS232)应靠近连接器(如串口)放置。
添加板框
布线
- 分区域布局:对于不同的功能模块,应分区域进行布局,将同一功能的器件集中在一起,以便于管理和维护。这样可以避免不同功能的走线在同一层交叉,减少干扰和信号失真。
- 信号/电源分离:为了避免信号线与电源线之间的互相干扰,应尽量避免它们共享同一层。这有助于保持信号的清晰度和稳定性。
- 减小射频干扰:在布线时,对于射频信号传输的地方,应采取屏蔽措施,如避免长线路、使用高频宽接地等,以减小射频干扰对电路的影响。
- 控制走线长度:尽量缩短关键信号线的走线长度,以减少信号衰减和时延。对于需要长距离传输的信号,可以考虑使用差分线布线等技术来提高信号传输的稳定性。
- 选择合适的走线宽度:走线的宽度应根据通过它们的电流大小来确定,以确保电路在所有环境和负载条件下都能正常工作。
- 避免过长接口线:过长的接口线会增加信号传输时间,可能导致原始信号失真。因此,在设计时应尽量控制接口线的长度。
- 注重信号完整性:对于高速和差分信号,应特别注重信号完整性。可以采用阻抗匹配、差分线布线等技术来提高信号传输的稳定性。
- 分层布线:对于高密度的PCB布线,可以采用分层布线的方法。这不仅可以节省空间,使PCB板更加紧凑,还有助于减少不同层之间的干扰。
- 保持走线和焊盘之间的足够空间,以避免在PCB制造或组装阶段发生短路。
- 在关键连接点使用自动路由功能进行识别,以确保连接的稳定性和可靠性。
- 了解制造商的规格要求,如最小迹线宽度、迹线间距以及PCB层数等,以避免在设计过程中出现问题。
按tab修改线宽度
布线换层
如果想底层布线,可以点击布线之前,更改图层为底层,或者点击布线之后按atl+b(底层到顶层alt+t)
泪滴
- 加强机械强度:泪滴的存在可以增加导线与焊盘之间的机械强度,提高焊盘的可靠性和耐久性。在焊接或插拔过程中,泪滴可以减少应力集中,防止焊盘或导线发生松动或断裂,使得PCB更加稳定。
- 提高信号完整性:泪滴设计有助于降低信号线与焊盘之间的阻抗不匹配和反射,减少信号的衰减和失真。特别是对于高频信号或高速信号的传输,泪滴的设计可以平滑阻抗变化,避免信号在传输过程中的干扰和串扰,使得信号更加稳定。
- 便于制造和维修:泪滴设计在制造过程中,如喷锡、喷脂等自动化操作中提供了便利。同时,在维修和返修过程中,泪滴也可以提供更好的焊接或连接接点,使得维修工作更加容易进行。
- 美观性:泪滴设计可以使PCB电路板显得更加美观,特别是在一些对外观要求较高的电子产品中,泪滴的设计可以提升产品的整体质感。
铺铜
- 提高导电性能:铜具有良好的导电性能,PCB上的铺铜层可以有效地提高电路板的导电性能,确保电流传输的稳定性和效率。
- 电气连接与电磁屏蔽:铺铜作为PCB的铺铜层,能够提供可靠的电气连接,使各元件之间形成稳定的电路通路。同时,铜的高导电性和磁导率使其能够有效地抑制电磁干扰,保护电路免受外部电磁波的干扰。
- 散热作用:铜具有较高的热传导率,在PCB上作为铺铜层可以加速热量从集成电路芯片向周围环境的扩散,从而起到辅助散热的作用,有助于确保电路板的稳定运行。
- 增强机械强度和稳定性:铜箔本身具有较高的机械强度和稳定性,铺铜可以有效地防止PCB在受到外界环境影响时出现破损或变形等问题,提高电路板的耐用性。
- 降低成本:由于铜的价格相对较低且易于加工处理,将其用作PCB的铺铜层有助于降低生产成本,提高产品的竞争力。
添加丝印
步骤总结
- 绘制原理图
- 找元器件(继电器5V 、端子(淘宝搜的---》型号) 、三极管(NPN)、 排针(左侧常用库----》连接器 、电阻、二极管))
- 将与原理图导入PCB(设计---》)
- 布局(以第一象限为参考 摆放:从大到小、根据连线摆放)
- 添加板框(不要把丝印漏在外面,加一个圆角)
- 布线(ALT+W 切换布线图层-----》顶层:ALT+T 底层:ALT+B)
- 添加泪滴
- 铺铜(将所有的地连接到一起,形成一个地平面基准,)
- 添加丝印(提示如何让连线即可)
- 添加图片
- 3D查看
- DRC检查(检查连线是否正确)
- 基于IoT云衣柜主板设计
设计要求
STM32 (Modbus)云IOT衣物云端管理
华为PCB布线规范
需求分析
- 外面有人自动开门(人体)
- 里面有人就报警
- 自动烘干、杀菌、消毒
- 自动衣架
- 远程控制和采集
- 显示屏(数据可视化)
- 报警系统
- 氛围灯
基于IoT云衣柜主板设计
电源设计(使用TYPE-C)
电源开关
降压电路
- 画原理图
最小系统设计
(1)主控芯片选择
(2)连接电源
(3)将所有的芯片的输入端进行滤波(电容)
(4)添加晶振
(5)烧录代码(引脚)
(6)复位电路
输入端进行滤波(电容)
晶振(时钟)
烧录接口
复位电路
串口调试接口
继电器模块
包括人体感应、风扇/电机/开关门
传感模块
空气质量检测(注意:不要选择排针,选择排母。直接插)
温湿度检测
报警模块
灯光模块
无线通信模块
显示模块
语音控制模块
总原理图
PCB布局
华为PCB布线规范.pdf
- 模块化布局,先将各个模块分区域布好
- 模块整理好之后开始布局,(布局注意:WiFi,温湿度尽量离发热元远一点)
- 给ESP8266模块挖槽
- 调整板框,可加圆弧
- 3D验证一下
PCB布线
补泪滴
铺铜
添加丝印
白嫖打板
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