完整版硬件开发设计规范V112.docx
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完整版硬件开发设计规范V112
硬件开发设计规范
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编写：
校订：
审察：
赞同：
五室
2008年8月
一、归纳
目的
该硬件开发设计规范是为我室控制设计开发流程供应依照，减少
硬件开发中的低层次问题，并供应规范一致的管理用数据。
硬件组成员职责与基本技术
硬件组成员职责
一个技术当先、运行可靠的硬件平台是产质量量的基础，因此硬
件组成员责任重要。
1）硬件组成员应勇于试一试应用新的先进技术，在产品硬件设计
中英勇创新。
但对于弹上产品应优先考虑成熟的技术。
2）充分利用以前的成熟技术，保持设计中技术上的继承性。
3）在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达到最优。
4）技术开放，资源共享，促进我室整体技术提升。
硬件组成员基本技术
硬件组成员应掌握以下基本技术：
1、由需求解析至整体方案、详细设计的设计创立能力；
2、熟练使用设计工具，如PCB设计软件Protel99SE、Mentor
Expedition，出图工具AutoCAD等，设计原理图、PCB、EPLD、FPGA
调试程序的能力；
3、运用仿真设备、示波器、频谱仪等仪器调试硬件的能力；
4、掌握常用的标准电路的设计能力；
5、故障定位、解决问题的能力；
6、各种技术文档的写作技术；
7、接触外协合作方，保守奥秘的能力。
二、硬件开发流程及要求
硬件开发流程
硬件开发流程对硬件开发的全过程进行了科学分解，规范了硬件
开发的四大任务。
原理设计（需求解析、详细设计、输入及考据）；
PCB设计；
硬件调试；
归纳总结。
原理设计
整体方案设计
硬件开发真切初步应在接到硬件任务书此后，但本质工作中，应在项目立项以前，硬件工程师即协助整体睁开先期调研，尽早认识整体需求，如系统功能、性能指标、工作原理、环境指标、结构条件、价格、设计时间、产品寿命等。
硬件工程师需要依照自己的理解实时与整体设计沟通，以完成整体方案的设计。
阶段完成标志：
《硬件整体方案设计报告》。
详细方案设计
硬件整体方案评审通过后，硬件工程师需要依照分系统指标及硬件工作原理完成详细推行方案设计，详细说明硬件功能模块的划分、各功能模块的指标、功能模块的详细设计、元器件选择及性能、设计
依照及工作原理，需要阐述清楚分系统是如何满足分系统设计指标
的。
详细方案设计还需要对应用到一些的要点技术进行论证，确定其
可行性。
阶段完成标志：
《硬件详细设计报告》及要点（主要）器件订货
清单。
方案评审
完成方案设计后需要申请方案评审。
对于复杂的系统将整体方案
和详细设计方案分两次进行评审，而简单的项目（如一块功能单板）
可以将整体方案和详细设计方案合并为一个文档进行评审。
在申请评
审前，应第一完成文档规范自检，并将规范完成情况表和评审文档、
主要元器件订货清单一并交予室里申请评审。
整体方案需项目负责人
签字赞同，详细方案需室里签字赞同。
原理图设计及评审
原理图设计开始于方案评审经过，原理图设计是硬件设计的首要
步骤。
原理图设计以前，第一要对元器件建库，参照“3.2中心库设
计规范”，还应依照任务需求对一些要点信号进行布线前仿真，以确
定可否需要对这些信号进行特别办理，如增加般配电阻也许电容等。
在原理图绘制完成后，硬件组应组织课题组相关人员进行评审。
评审时需要对设计中的要点点进行审察，如时钟单元、电源单元、DSP
或FPGA等要点器件的配置等。
原理图评审通过后，经室里签字赞同方可进入PCB设计工作。
2.3PCB设计要求
方案设计
在开始PCB物理实现（布线）以前，第一需要对PCB进行方案设
计。
PCB设计方案主要考虑其结构特点，电磁兼容性、信号完满性、
电源完满性、热设计、可制造性、可调试性等特点，完成PCB的布局。
其中部分工作如信号完满性、电源完满性及热设计可与硬件详细设计
交织进行。
PCB设计方案对付原理图中要点指标（阻抗、时延、抗干
扰等）是如何实现的提出详细措施。
完成标志：
《PCB设计方案》，《硬件测试方案》，《信号完满性仿
真报告》。
设计方案评审
完成方案设计及与原理图的反响后，可以申请方案评审。
在申请
评审前，应第一完成文档规范自检，并将规范完成情况表和评审文档
一并交予室里申请评审。
全部文档需室里签字赞同。
方案通过后，方
可进行PCB布线工作。
设计及投板申请
PCB设计须依照PCB设计规范进行，PCB布局确定此后，总的布
局规划禁止改动，功能模块内可以进行地址调整，如功能模块进行较
大调整，须向组里提出申请组织谈论，谈论通过后方可进行布线工作。
在PCB投产前设计者要向室里提出投板申请。
第一由硬件组负责
PCB设计规范的检查，并给出规范完成情况表与PCB图一并交予室里，
由设计室组织人员对要点部分的设计要求进行评审检查。
PCB投板申
请需由室领导签字赞同。
硬件调试设计要求
硬件调试的目的
硬件调试是对硬件的功能和性能进行考据，保证其设计正确性。
硬件调试（测试）方案
PCB进行方案设计时，就需要进行硬件调试（测试）方案的设计，
需要依照《硬件任务书》和《硬件详细设计报告》中的指标要求拟定
调试（测试）方案，同时拟定调试（测试）记录表，对要点点的参数
进行实时记录。
硬件调试（测试）方案评审
印制板正式调试以前，需要对硬件调试（测试）方案进行评审，
也可在PCB方案设计评审时同时进行。
如简单的印制板设计，调试（测
试）方案可以与PCB设计方案合并为一个文件。
硬件查收
由于现在软硬件联系亲近，无法简单的差异硬件与软件的工作，
因此硬件查收的界定较为复杂。
一般来说硬件调试需要完成的工作有
以下几方面内容：
电源调试、时钟源调试、各功能电路工作正常、可
编程器件可正常工作、CPU工作自启动正常以及输入输出指标正常（需
要编写接口控制程序）等。
硬件查收即需要硬件设计人员供应上述各
方面的调试（测试）记录，记录数据和本质测试数据达到任务要求方
可经过硬件查收。
对于某些硬件需要与系统联调以考据功能和性能的，需要硬件设
计人员与整体协调。
技术积累要求
元件库
一个硬件工程完成后，需要依照中心库管理规范更新元件库。
典型电路
当硬件调试完成后，可对设计中的典型电路进行收集。
典型电路需要详细记录应用背景、设计注意事项（包括周边电路
参数设置和PCB设计）及调试记录等内容，便于后期应用盘问。
三、EDA软件设计规范
设计流程
硬件设计流程以下：
中心库选择→原理图设计→PCB设计→设计
复用→数据导出→版本管理。
中心库选择关系到EDA软件的选择，主要有Protel中心库和
Mentor中心库两种，中心库的设计特别重要，关系到设计基础数据
的正确性；原理图设计需要设计人员详细认识硬件电路的功能及设计
规范；PCB设计需要严格依照PCB设计规范进行；设计复用要求有足
够的技术积累，设计人员需要依照当前设计要求合理应用典型电路等
内容；数据导出包括设计数据的导出和图纸的导出；版本管理要求每
个硬件设计完成后，需要将版本信息与设计数据一同归纳到室里的数
据库中。
中心库设计规范
软件应用规范
依照我室设计情况，专门对硬件设计库的管理进行规范，防备同
一器件在不相同设计中出现不相同封装库的情况，以及EDA软件种类过多
等现象。
现阶段硬件组硬件设计软件只赞同选择Protel99SE（sp6）和
Mentor2005，应优先选择
Mentor2005，仅对于简单的电路板也许任
务方有特别要求，才赞同
Protel99SE
也许其他软件进行设计。
Mentor2005
应使用
DxDesigner＋Expedition
的设计流程。
依照上述情况，硬件组分别成立
Protel
中心库和
Mentor
中心库，
成立中心库管理员管理中心库，库文件存于一台固定的计算机（也许
服务器）中，全部设计必定采用中心库中的封装和原理图符号。
原理图库设计规范
原理图库可以依照器件引脚（pin）分布进行相应调整，但需要
依照以下原则：
1）原理图库的器件引脚需要分布在库的左右两边，尽量减少四
边都有引脚的库；
2）一般器件引脚长20mil，阻容类器件引脚长度可以进行调整，但必定保证整个器件库的宽度为10mil的整数倍，引脚纵向坐标为10mil的整数倍；
3）引脚间距可以依照器件进行调整，但并列引脚间距最大为
10mil，由于Mentor中的原理图默认将库放大10倍，Protel中则不
进行硬性规定；
4）Mentor的原理图库图纸大小应与器件库的形状大小般配，
将REFDES参数设置为“Value”属性，如图1所示，并将REFDES置
于图形周边。
图1Mentor原理图库属性设置
5）Mentor的原理图库（Symbol）需要由DxDesigner中的“SymbolWizard”成立，更正也需要在DxDesigner环境下打开更正。
禁止使
用LibraryManager进行Symbol的成立和更正。
器件封装设计规范
器件封装与焊盘关系亲近，因此在规范器件封装的同时，还需要
对焊盘进行相应规范。
焊盘设计规范
Protel99SE软件对焊盘成立没有特别要求，只要要设定焊盘的
种类、形状和大小即可，因此不做特别规定。
对于Mentor系列软件，有专门的焊盘管理工具“Padstacks”，
全部器件封装用到的焊盘数据都储藏于Padstacks中，为了便于焊盘
数据的管理，对焊盘的命名规则进行规定。
一、焊盘命名规则
焊盘的命名规则为：
焊盘种类焊盘形状焊盘尺寸，三种属性之
间用空格分开，过孔和定位点以下。
过孔命名规则：
Via焊盘尺寸/孔径。
定位点规则：
Fiducial焊盘尺寸/阻焊窗尺寸。
焊盘名称中全部字符均为英文输入法中的字符。
焊盘种类定义：
表贴焊盘（Pin-SMD）——SMD；
通孔焊盘（Pin-Through）——PIN；
过孔（Via）——VIA；
安装孔（MountingHole）——Mounting；
定位点（Fiducial）——Fiducial。
焊盘形状：
圆形——Round；椭圆——Oblong；正方形——Square；长方形——Rectangle；长六边形——OctagonElong；
六边形——Octagon；其他形状可参照软件界面“Pads”标签中
的命名即可，如图2所示。
焊盘尺寸：
表贴类焊盘尺寸可参照“Pads”标签中的尺寸，如图2所示。
默
认单位为英制th（即mil），若是使用公制单位，需要在尺寸后边添
加单位，公制单位一以致用mm。
通孔类焊盘如安装孔和通孔焊盘等，需要在表面焊盘尺寸后增加
孔的尺寸，详细格式为“Hole孔径”。
图2焊盘命名示例
焊盘命名示例：
Fiducial40/90——焊盘尺寸为40mil直径，阻焊开窗尺寸为
90mil直径。
Via19/10——焊盘直径为19mil，孔径为10mil的过孔。
——焊盘直径为，孔径为的过孔。
SMDRectangle70x40——大小为70mil×40mil的长方形表贴焊
盘。
MountingRound6mm,Hole2.7mm——安装孔，表面为6mm直径
圆形焊盘，开孔尺寸。
PINRectangle236x118,Hole55——通孔焊盘，表面为236mil
×118mil的方形焊盘，开孔尺寸为55mil。
二、焊盘设计规则
焊盘包括的元素主要有焊盘（Pads）、阻焊（soldermask）、助焊（solderpaste）、孔（表贴焊盘除外）、覆铜安全间距（Planeclearnce）、热风焊盘（PlaneThermal），其中覆铜安全间距和热风焊盘可不进行设置。
各元素之间的关系：
焊盘需要比孔大最少10mil，需要焊装的焊盘，最少要大20mil，以保证足够的焊接强度。
阻焊应比焊盘（Pads）大最少4mil。
助焊（solderpaste）与焊盘相同即可，安装孔和过孔没有助焊。
注意：
由于金属化后，孔的本质尺寸要小于设计值，因此在设计
过程中，需要注意通孔焊盘开孔尺寸的设计余量。
封装设计规范
封装库的丝印外框（
SilkscreenOutline
）线宽不得低于
5mil
，
对于小型封装如阻容件和微型封装器件等，丝印层线宽可以为
5mil
，
其他种类封装线宽应设为6mil。
丝印边框应有焊接方向注明如电容正极、二极管正极、电路及接插件引脚1等，禁止将丝印层与焊盘重叠。
器件标号应放于封装库的显然地址，保证器件焊装后，不得被器件掩饰。
其文字高度不得低于30mil，文字线宽不得低于5mil，除了大型封装如QFP、BGA、DIP以及大型接插件等，标号文字都应采用30mil文字高度，5mil的线宽，大型器件可以合适增加文字高度，但
需要以10mil为步进增加。
文字高度高于50mil时，对应的字符线宽
须增加为6mil。
对于Mentor系列软件，全部文字的字体应选择
“CourierNew”，以保证印制板的雅观。
在Mentor系列软件中，封装库还有两种要素“AssemblyOutline”
和“PlacementOutline”，其中AssemblyOutline与SilkscreenOutline一致即可。
PlacementOutline表示器件的安全界线，参照
器件的封装尺寸即可，由于焊盘就是一种本质的安全界线元素，因此
PlacementOutline
不需要完满包围整个封装库。
如图
3所示，为一
个QFP种类的封装，其中蓝色线条为
PlacementOutline
，左图的
PlacementOutline
包围了整个封装，其实不合理，右图的
Placement
Outline
仅为器件封装体（即器件
body）的大小，是合理的
Placement
Outline
大小。
图3PlacementOutline示例
对于需要手工焊装的器件，需要最少保证焊盘外沿宽度比器件整
体尺寸大1mm，以保证足够好的焊接工艺性。
别的，成立器件封装库
的时候，必定严格依照器件手册给出的单位（公制或英制），禁止进
行单位变换，以防单位变换带来的误差。
原理图设计规范
原理图的符号绘制及命名规则须严格依照《研发中心标准化文件
（图形符号库）》中规定执行。
原理图须简洁清楚，依照功能模块进行划分，对于特别功能部分需增加注明的，注明文字应一致，禁止中文拼音和英文注明混用。
绘制原理图时，栅格应设置为5mil的整数倍，禁止取消栅格选项。
使用Protel时，图纸大小可以不做特别约定；使用DxDesigner绘制原理图，需要将图纸大小设为A4、A3也许A2，并增加对应图纸大小的边框，应减少A1的图纸。
DxDesigner新建一个工程时，需要设置一些工程选项，如图4
所示。
图4新建DxDesigner工程
如所示，新建工程会自成立一个与工程同名的文件，注意
在Location中不可存在如“PCB”之的关字，如“D:
\PCB\NewProject”。
点“More⋯”按，行置，置属性如5所示。
5新建工程置
需要使能“LibraryManagerCentalLibrary”和“Expedition
PCB”。
“LibraryManagerCentalLibrary”中的路径即中心的路径。
“ExpeditionPCB”中需要使能“AllowBackAnnotation”、
“AllowForwardAnnotation”、“ConstraininCES”，必禁止“Use
CDBFlow”，其他属性依照默置即可。
小窍门：
若是想应用以前的工程设置，只要要在Dashboard中将
想应用的工程设置为活动状态（active），尔后点击File菜单中“New”
->“Project”即可。
工程成立此后，在生成原理以前，相的工程置行修
改。
点“Settings”快捷按也许点“Project”菜中的
“Settings”，弹出如图6所示的设置窗口。
图6ProjectSettings窗口
在Project标签中，必定选择Grid选项，去除“OAT”选项，GridSpacing设置为5mil的整数倍。
Block/Borders标签中设置新建原理图的图纸尺寸以及可否自动
增加边框等属性，在DefaultSheetSetting中，设计图纸大小以及
与图纸大小相同的边框，如图7所示。
工程设置中其他设置采用默认设置即可。
图7图纸尺寸属性设置
3.4PCB设计规范
布局设计规范
在PCB布局以前，第一要确定参照点（坐标原点，一般设置为左下角），如图8。
参照点确定后，全部的布局均以此参照点为准。
根
据要求先将有定位要求的元件固定并锁定，如插座，定位孔，开关等，尔后依照结构要求设置禁布区。
PCB布局应依照以下原则：
第一放置有定位要求的元器件；
依照先难后易、先大后小的原则；
总的连线尽可能的短，要点信号线最短；
强信号和弱信号，高电压信号和弱电压信号要完满分开；
模拟信号和数字信号分开（可以方便的将模拟电和数字电分
开）；
图8设置PCB原点
高速器件和低速器件分开；
电源相同的器件尽量放置在一同，以减少电源层的切割；元器件的放置要便于调试和维修；
发热元件要有足够空间以利于散热，热敏元件应远离发热元件；
BGA元件与其他元件的间距要足够大，保证焊接工艺。
布局完成后，还需要对PCB布局组织评审，检查布局可否合理。
评审内容主要有以下几个方面：
印制板尺寸可否与加工图纸尺寸吻合？
可否吻合PCB制造工
艺要求？
有无定位标志；
元件在二维、三维空间上有无矛盾；
主要元件布局可否疏密有序，排列整齐？
可否全部布完；
需经常更换的元件可否方便的更换？
插件板插入设备可否方
便；
热敏元件与发热元件之间可否有合适的距离；
调整可调元件可否方便；
在需要散热的地方，可否预留散热器空间？
空气流可否畅达；
信号流程可否顺畅且互连最短；
插头、插座等与结构设计可否矛盾；
线路的搅乱问题可否有所考虑。
层叠设计规范
板层的层叠原则（对详细情况灵便掌握）：
元件的下一层（一般是第二层和倒数第二层）为地平面，供应
器件障蔽层，为顶层布线供应参照平面；
全部信号层尽可能与地平面相邻；
禁止两个信号层直接相邻，如有特别需要，必定保证两层的走
线方向正交；
电源层尽可能与其对应的地层相邻；
禁止两个电源层直接相邻；
兼顾层叠结构对称；
要点信号尽量与地层相邻，不跨切割区。
布线设计规范
PCB布线时，需要依照当时的PCB厂商工艺水平设置相应的线宽和线间距，一般应比起工艺水平增加1mil左右，以保证成品率。
差
分线需要单独设置线宽和线间距。
别的，过孔的设置也需要依照PCB厂商的工艺水平进行相应的改变，注意板厚孔径比。
布线时，需要注意布线的序次，应依照以下原则进行布线：
核心优先原则：
核心部分应优先布线，近似信号传输线应专门的布线层，电源，地回路。
其他次要信号要顾全整体，不可以和要点信号相抗争。
要点信号优先：
电源、模拟小信号，高速信号，时钟信号和同步信号等要点信号优先布线。
尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等要点信号供应专门的布线层，并保证其最小的回路面积，应采用手工优先布线、障蔽和加大安全间距等方法，保证信号质量。
电源和地层之间的EMC环境较差，应防备部署对搅乱敏感的信号。
有阻抗要求的网络应部署在阻抗控制层上，同一层中相同阻抗的差分网络应采用相同的线宽和线间距。
电源（地）层的切割规范
对电源（地）层的切割应依照以下原则：
平面分开宽度要考虑不相同电源之间的电位差。
电位差大于12V
时，切割宽度大于50mil，反之，可选20～25mil。
小板，如
内存条等，可以使用小到15mil宽的切割线。
条件赞同的情况
下，切割线应尽量宽；
平面切割要考虑高速信号回流路径的完满性；
当高速信号的回流路径遇到破坏时，应当在其他布线层给与补偿。
比方
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