電(diàn)子产品设计步骤指南

2020-12-09

電(diàn)子产品设计的开发可(kě)分(fēn)為(wèi)七个步骤：初步生产设计，原理(lǐ)图，PCB布局，最终BOM，原型，测试和程序以及最终认证。

步骤1 –创建初步的生产设计

在开发新(xīn)的電(diàn)子硬件产品时，您应该首先进行初步的生产设计。请勿将其与概念验证（POC）原型相混淆。

POC原型通常使用(yòng)Arduino等开发套件构建。有(yǒu)时，它们对于证明您的产品概念可(kě)以解决所需的问题很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。但是POC原型遠(yuǎn)非生产设计。您几乎不会在产品中嵌入Arduino的情况下进入市场。

一个初步的生产设计侧重于产品的组件生产，成本，利润空间，性能(néng)，功能(néng)，开发可(kě)行性和可(kě)制造性。

您可(kě)以使用(yòng)初步的生产设计来估算产品所需的每项成本。准确知道开发，原型制作，编程，认证，扩展和制造产品的成本非常重要。

初步的生产设计 将回答(dá)以下相关问题。我的产品是否可(kě)行开发？我可(kě)以负担得起开发该产品的费用(yòng)吗？开发产品需要多(duō)長(cháng)时间？我可(kě)以批量生产产品吗？我可(kě)以赚钱卖吗？

许多(duō)企业家错误地跳过了初步的生产设计步骤，而直接跳入设计原理(lǐ)图。

这样一来，您最终可(kě)能(néng)会发现自己已经花(huā)了所有(yǒu)这些努力和来之不易的钱購(gòu)买了无法负担得起的开发，制造或最重要的是获利销售的产品。

步骤1A –系统框图

在创建初步生产设计时，应首先定义系统级框图。该图指定了每个電(diàn)子功能(néng)以及所有(yǒu)功能(néng)组件的互连方式。

图2 –框图指定了每个功能(néng)和系统级连接。

大多(duō)数产品需要具有(yǒu)各种组件（显示器，传感器，内存等）的微控制器或微处理(lǐ)器，这些组件通过各种串行端口与微控制器连接。

通过创建系统框图，您可(kě)以轻松识别所需的串行端口的类型和数量。这是為(wèi)产品选择正确的微控制器必不可(kě)少的第一步。

步骤1B –选择生产组件

接下来，您必须根据所需的功能(néng)和产品的目标零售价格选择各种生产组件：微芯片，传感器，显示器和连接器。然后，您可(kě)以创建初步的物(wù)料清单（BOM）。

图3：选择生产组件是关键的第一步开发步骤。

您可(kě)以購(gòu)买大多(duō)数電(diàn)子组件（用(yòng)于原型设计和初始测试），也可(kě)以購(gòu)买多(duō)达数千个（用(yòng)于小(xiǎo)批量制造）。

一旦达到更高的产量，您将可(kě)以直接从制造商(shāng)那里購(gòu)买一些组件来节省金钱。

步骤1C –估算生产成本

现在，您应该估算产品的生产成本（或销售成本– COGS）。尽快了解制造您的产品的成本至关重要。

您需要知道产品的制造单位成本，才能(néng)确定最佳的销售价格，库存成本，最重要的是您的利润。

图4 –尽早估算生产成本至关重要。

您选择的生产组件当然会对制造成本产生重大影响。

但是要获得准确的制造成本估算，您还必须包括PCB组装，最终产品组装，产品测试，零售包装，报废率，退货，物(wù)流，关税和仓储的成本。

步骤2 –设计原理(lǐ)图

现在是时候根据您在步骤1中创建的系统框图来设计電(diàn)路原理(lǐ)图了。

图5：電(diàn)路原理(lǐ)图示例。

示意图显示了从微芯片到電(diàn)阻器的每个组件如何连接在一起。尽管系统框图主要集中在较高级别的产品功能(néng)上，但示意图仅涉及一些小(xiǎo)细节。

诸如原理(lǐ)图中组件上的引脚编号错误之类的简单问题可(kě)能(néng)会导致功能(néng)的完全缺乏。

在大多(duō)数情况下，系统框图的每个模块都需要一个单独的子電(diàn)路。这些不同的子電(diàn)路然后将被连接在一起以形成完整的原理(lǐ)图。

使用(yòng)特殊的電(diàn)子设计软件来创建原理(lǐ)图并帮助确保其没有(yǒu)错误。我建议使用(yòng)一个名為(wèi)DipTrace的软件包 ，该软件包 价格合理(lǐ)，功能(néng)强大且易于使用(yòng)。

其他(tā)流行的PCB软件包包括Altium Designer和Eagle。但请注意，它们非常昂贵，最适合设计多(duō)种产品的人员。

步骤3 –设计印刷電(diàn)路板（PCB）

完成原理(lǐ)图后，您现在将设计印刷電(diàn)路板（PCB）。PCB是固定并连接所有(yǒu)電(diàn)子组件的物(wù)理(lǐ)板。

本质上，系统框图和原理(lǐ)图電(diàn)路的开发主要是概念性的。PCB设计是非常真实的世界。

图6：现在必须将原理(lǐ)图電(diàn)路图转换為(wèi)PCB布局设计。

使用(yòng)与创建原理(lǐ)图相同的软件来设计PCB。该软件将具有(yǒu)各种验证工具，以确保PCB布局符合所用(yòng)PCB工艺的设计规则，并且PCB与原理(lǐ)图匹配。

通常，产品越小(xiǎo)，组件封装得越紧密，创建PCB布局所花(huā)费的时间就越長(cháng)。如果您的产品路由大量電(diàn)源或提供无線(xiàn)连接，那么PCB布局就显得尤為(wèi)关键和耗时。

图7 –印刷電(diàn)路板（PCB）布局设计示例

对于大多(duō)数PCB设计而言，最关键的部分(fēn)是電(diàn)源布線(xiàn)，高速信号（晶體(tǐ)时钟，地址/数据線(xiàn)等）和任何无線(xiàn)電(diàn)路。