单板硬件详细设计报告模板.docx

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单板硬件详细设计报告模板

****产品详细设计报告

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产品硬件详细设计报告

关键词：

<能够体现文档描述内容主要方面的词汇>

1概述

1.1背景

1）简要说明产品开发的意义和背景。

2）该文档对应的产品正式名称和版本号；

1.2产品功能描述

在本节中简述产品功能，内容参照产品总体方案中的相关章节

1.3产品运行环境说明

在本节中简述产品运行环境，内容参照产品总体方案中的相关章节

1.4重要性能指标

在本节中简述产品性能指标，内容参照产品总体方案中的相关章节

表1性能指标描述表

性能指标名称

性能指标要求

说明

1.5产品功耗

可以在原理图基本完成后，再根据器件参数、数量来计算产品的功耗。

1.6必要的预备知识（可选）

为可选项，仅用于介绍较生僻的特殊技术，为初接触者提供参考。

2产品各单元详细说明

本章主要参考方案设计中的单元概述，并详细描述各电路单元。

2.1产品功能单元划分和功能描述

<从系统的角度阐述产品的逻辑实现，提供产品的逻辑框图，划分功能单元，对其中的各单元的功能进行简要说明，在这里先划分单元，阐述单元之间的关系，再按单元分章节，在单元章节中分别描述各单元的功能、接口、数据结构和可编程器件。

需要说明硬件与软件的配合分工关系，如何处理业务功能；可以摘要性地引用或简述产品总体方案中的内容。

2.2单元详细描述

电路单元如果是公司规范且有详细文档，可以直接引用（说明单元电路的参考资料名称），并说明调整细节（与参考电路不同的部分）。

2.2.1单元1

1.单元1功能描述

详细描述本单元的功能，给出本单元的功能框图。

（图号已在单元样式中，内容描述写：

如图1所示，……）

XXX

2.单元1与其他单元的接口

详细说明本单元对其他单元接口每个/组信号的详细定义，如设计到时序设计，请包括时序说明。

3.单元1的实现方式

详细说明本单元的实现方法，包括使用的芯片、主要电路分析和解释。

对于CPU单元，需要说明存储器的地址分配。

对于有性能指标要求的，应说明性能指标实现方法和依据，包括仿真，试验板的测试数据等。

需要说明硬件与软件的配合分工关系，如何处理任务功能；

2.2.2单元2

1.单元2功能描述

详细描述本单元的功能，给出本单元的功能框图。

（图号已在单元样式中，内容描述写：

如图1所示，……）

XXX

2.单元2与其他单元的接口

详细说明本单元对其他单元接口每个/组信号的详细定义，包括时序说明。

3.单元2的实现方式

详细说明本单元的实现方法，包括使用的芯片、主要电路分析和解释。

对于CPU单元，需要说明存储器的地址分配。

对于有性能指标要求的，应说明性能指标实现方法和依据，包括仿真，试验板的测试数据等。

需要说明硬件与软件的配合分工关系，如何处理任务功能；

2.2.3单元N……….

2.3产品各单元间配合描述

含CPU电路板的产品，需描述总线设计,时钟，产品复位设计等系统性说明

2.3.1总线设计

详细说明采用什么总线，什么工作方式，下挂什么单元，给出图示和文字解释。

总线分配示意图

2.3.2时钟设计

详细说明有什么时钟源，提供给什么单元，时钟之间关系如何。

对于输出时钟要增加时钟指标设计、对于输入时钟要写清楚始终要求及裕量设计。

需要给出图示和文字解释。

时钟分配示意图

2.3.3产品上电、休眠、复位设计

详细说明单元间复位顺序、Watchdog设计、复位单元，给出产品复位、断电重启的流程图。

并粗略估计所需的时间。

需要结合故障管理方案，考虑在故障情况下的复位重启要求。

复位重启时间指系统从运行状态，经历系统复位，重新恢复进入正常运行态的时间。

复位类型通常包括：

软件复位、硬件复位。

主要考虑产品的软、硬件复位。

根据我司实际产品状况，设置相应的复位，或睡眠状态。

断电重启时间指系统从运行状态，经历断电/通电，重新恢复进入正常运行态的时间。

应考虑系统断电和产品断电重启，重启一般包括：

基本的底层启动、自检、配置；系统通常重启时间在0.5小时之内。

复位逻辑示意图

2.3.4各单元间的时序关系

根据我司产品实际情况，如果有必要，请说明各单元的信号经过哪些的处理，符合什么样的时序关系，再输出到另一个单元。

对不同类型芯片、不同类型信号的时序容限要求和保障措施：

建议至少保证器件手册的要求，并注意考虑在极限环境条件下（高温或严寒），器件的参数变化造成时序变化、并注意器件替代型号和不同批次间的差异容限。

XX时序关系图

2.3.5产品整体可测试性设计

说明各单元配合实现的可测试性设计，从以下几方面说明可测性设计要求：

产品提供哪些自诊断、自测试功能，实际的硬件实现方式、需要哪些软件的支持。

2.3.6软件加载方式说明

说明软件加载方式及接口设计，说明产品JTAG链连接方式，接口定义等。

3产品电源设计说明

本节由硬件开发人员负责，采购工程师提供指导和审核。

3.1产品供电原理框图

根据产品总体供电方案，画出产品的供电结构框图，包括防护、缓启动、电源部分的EMC、电源上下电顺序控制、电源监控及备份等功能单元。

对供电结构的进行相应的设计说明。

产品供电架构框图

3.2产品电源各功能模块详细设计

给出供电结构中的各个功能单元的详细设计说明，可饮用总体方案中的电源设计。

电源模块选用说明：

给出主要电源模块和电源芯片的型号、主用/备用器件的各种参数（包括输入特性、输出特性、对降额的考虑和可靠性指标等），如果电源需要散热设计要求（加入热设计工作）、板内电源电路对外接电源冲击的隔离、滤波能力、异常状态的保护（限压和限流）等，防护设计：

产品电源输入端口应有相应的抑制浪涌电压和电流的设计；

EMC设计：

产品上的电源模块应有相应的EMI滤波电路设计，包括电源模块和电源芯片的输入滤波和给分电源的输出滤波设计。

对于芯片一侧的滤波电路也应给出简单描述；

监控设计：

若产品有对工作电压有监控要求，需有相应的电压监控方案；

上下电顺序控制说明：

根据公司产品实际情况，若产品对上下电有要求，则增加上下电设计。

4产品接口说明

4.1产品单元内部接口

信号名称

连接单元名称

信号功能

其他说明

4.2对外接口说明

以表格形式列出产品与对用户体现的接口信号的位置和定义，包括每一个/组信号与哪块产品相连，输入/输出关系，及其他必要的说明。

本板连接器编号

本板信号名称

I/O

信号功能

其他说明

XX接口时序图

4.3软件接口

在《产品总体设计方案》的基础上，对产品软硬件接口部分进行进一步的补充设计描述。

产品软硬件接口描述主要从以下几个方面入手：

1.产品片选信号分配及说明；

2.中断信号分配及说明；

3.通信端口分配及说明；

4.寄存器分配及说明；

5.关键器件操作说明；

其中1、2、3三部分在产品总体设计阶段基本完成，可注明参见。

产品硬件详细设计阶段主要是对4、5两部分进行详细描述，关键是要说明具体的操作参数。

4.4调测接口

详细说明产品上所有调试用接口，包括调试专用测试口，硬件测试点，指示灯、跳线、电源保险丝、软件测试接口等。

5产品可靠性、可维护性设计说明

5.1产品可靠性设计

本节由硬件开发人员负责，采购工程师，结构工程师提供指导和审核。

根据公司产品实际情况，进行修订。

根据产品重点检查器件的选用是否符合要求，提出不符合项，做为问题点由硬件开发人员进行决策，对于选用的可靠性不高的器件，要给出建议解决措施。

5.1.1关键器件及相关信息

表2关键器件及相关信息

器件名称

器件功能

器件封装

对产品的影响

可能的故障模式

建议故障检测方法

5.1.2关键器件可靠性设计说明

采用下列表格，对重要器件、电路对产品可靠应用分析结论进行规范化表述，对一个器件或电路所有相关问题集中描述，便于对分析结论进行跟踪。

表3器件可靠性应用隐患分析表

器件位号

问题分类

问题及影响描述

严重程度

解决措施

是否采纳/原因

填写指导：

1、对存在的问题提出可操作的解决措施，多个解决措施要按重要程度排序

2、问题分类选项为：

电应力与浪涌、静电ESD、EMC因素、温度应力、机械应力、潮敏、焊接工艺与焊料、其他环境应力、替代或批次参数容差、器件正常寿命到期等；

3、严重程度包括致命、严重、一般、提示。

4、设计不采纳时需注明简要原因。

5.1.3关键信号时序要求

关键信号的时序参数要求及简要分析，根据产品实际设计，如GSM、GPS通讯数据是否有时序要求；

表4关键信号时序要求

器件名称

接口类型及信号名称

时钟周期

（ns）

最大输出有效时间（ns）

最小输出保持时间

（ns）

最小输入建立时间

（ns）

最小输入保持时间（ns）

5.1.4信号串扰、毛刺、过冲及保障措施：

串扰主要受布线影响，毛刺受到布线、匹配、电磁兼容等多重影响；过冲主要受到机器开启的影响。

本节说明对这几种问题的控制措施

5.1.5其他重要信号及相关处理方案

其他重要信号特性，如单双向、工作频率，相关电气特性、时序、噪声容限要求，以及从布线角度考虑满足这些要求的具体措施等等。

5.1.6机械应力

对产品的设计、生产工具与操作、市场使用提出的约束条件进行检查，并对器件这方面的性能进行重点关注。

5.1.7可加工性

重点检查器件的可加工性要求是否满足，如ESD要求、潮敏要求、可焊性要求等，提出不符合项，并给出建议改进措施，做为问题点由硬件工程师决策。

5.1.8电应力

重点对产品外部电接口器件防护设计进行分析，如开机浪涌能力，防护能级分析，接地分析等，提出问题点。

5.1.9环境应力

根据产品，重点检查选用的器件是否满足环境应力要求，如关键器件在机器震动工作的情况能否稳定，不满足时产品设计采取的防护措施是否可行，提出问题点。

5.1.10温度应力

检查器件的温度降额，以及温度问题较多的器件是否在设计上有保障，并提出产品在加工过程中的热应力限制。

所有器件工作温度范围符合产品规格要求，长期功耗大的功率器件、IC提出散热或布局要求；

5.2产品可维护性设计说明

从以下几方面说明产品是否符合可维护性设计要求：

产品提供PCB和逻辑版本号上报功能的方式（根据公司产品实际情况）。

如产品硬件电路升级，详细描述升级原因及更改部分所在的章节；

产品软件和数据的加载和配置的方式，包括在线加载和远程加载。

产品能通过产品软件完成哪些设置、控制和操作，如工作方式设置、复位、休眠等，硬件部分是如何支撑这些功能的。

6EMC、ESD、防护及安规设计说明

6.1产品电源、地的分配图

画图表示出本板的电源和地线分布图，并对重点环节（例如汇接点）的方式予以说明。

6.2关键器件和关键信号的EMC设计

a）列举产品设计中时钟、高速信号、复位信号的种类与频率，以及这些信号对EMC的要求，实现的方式。

b）注明对电源有特殊要求（如幅值、纹波、电流等）的关键器件的型号及其EMC要求、实现的方式。

c）对PCB布局布线有特殊要求的关键器件型号及实现的方式。

d）描述对产品有局部屏蔽要求的电路及关键器件型号、实现的方式。

e）描述接口电路的接口类型、速率，对应的器件型号，接口电路的EMC/EMI和ESD配套设计。

如果该文档前面有描述，此处可以填写“参见上面某部分描述”。

6.3防护设计

说明影响产品的外来破坏因素、对应的防护措施（包括防雷击等）

7产品工艺、热设计、结构设计说明

本节由硬件开发人员和结构工程师协同完成，简要说明产品工艺设计说明。

7.1PCB工艺设计

PCB基材（新板材）；最佳表面镀层；长×宽×厚及特殊尺寸公差（装配、铆接、压接等）、孔径公差等要求；PCB最小线宽、线距，最小孔径、过孔最小间距等设计方案。

根据器件密度、PCB尺寸、相关设备产能、加工效率等设计产品加工路线，包括根据产品防护方案确定的组装后处理方式（如涂覆等），以及老化方式，测试路线等，产品返修考虑等。

7.2产品结构设计

按照以下要求，确定产品工艺结构设计方案。

产品的安装及紧固方式；产品上紧固件的种类及可装配性、可操作性、禁布区；装配方式、装配空间、紧固方式、装配精度要求；不仅要考虑装配上可操作性，拆卸的可操作性也要考虑；连接器布局设计（导向、防误插设计）。

7.3产品热设计

根据产品实际情况，说明产品在运行过程中对散热的要求及散热方式

7.4特殊器件结构配套设计

说明产品内所有与外部零部件连接，并且对结构有特殊要求的器件与PCB、机壳的配合关系，包括其它产品、扣板、背板、结构件、电缆等，以及有匹配关系的安装孔、器件（如指示灯、连接器、开关、按键等）的尺寸位置精度要求和配合方式。

8其他

其它设计信息，如：

配套措施；调试、安装和使用维护的注意事项；对生产维修环节的配套要求等。