硬件设计全览：专题分析

专题分析是总体设计阶段的重要工作，是基于硬件设计某些维度的渐进明细的设计过程。例如在需求基本稳定之后，关键器件选型的过程、关键器件选型完成之后，我们需要评估整个电路的供电方案形成电源专题。电源专题需要评估各个用电器件的功耗、电压、电流等要求，以及上电时序的要求。我们在电源专题，针对需求提出若干的解决的方案，然后逐步收敛方案，并最终明确下来的过程就是电源专题。电源专题最后应该交付一个分析文档，但是有些公司不做要求。

硬件方案的分析是基于专题来开展的，一个单板至少包含时钟、电源等重要设计专题，项目组内部要统筹考虑，尽量提取公共专题。具体开展方法参考文档。

一、哪些内容需要做成专题

1）必选的电路分析

每个电路板都会做几个必选的专题，电源、时钟、CPU小系统、复位方案等。电源专题，需要分析电源需求，每种电源的电压范围，电流需求，动态响应，上电时序；时钟专题，针对每个时钟的输入的电平标准，频率，抖动等参数，时钟时序，并按照各种时钟解决方案进行优化。每个管脚怎么用，怎么接，对接的管脚的电平是否满足要求，都需要分析清楚并文档化。

例如电源专题：

芯片厂家给出的的是一些针对他自己器件的要求，例如下图是Intel对其电源上电时序之间的耦合关系的要求和一些先后顺序的描述。

但是我们怎么实现？另外，我们电路板上面还有其他器件，比如网卡、FPGA等等也是复杂的供电方案、也有一定的上下电时序要求。并且这些器件之间有些电源是相同电压的，为了简化设计，绝大多数情况使用一个电源给所有相同电压的器件进行供电。例如3.3V电源很可能只有一个电源输出，但是要给所有使用了3.3V电压的器件都供电。这样就耦合在一起，并且需要考虑所有用电器件的需求，以及他自身的上电时序要求。

我们会先梳理出所有器件的用电需求，然后再合并共性需求。整理出整版的供电需求，以及供电时序的要求。

我们再根据这个需求，设计整板的电源方案，选择最合理、可靠性、性价比的电源方案，实现我们的整板电源方案。先形成功能框图，进行评审。

然后再考虑一些归一化、电源供电效率、可供应性的一些问题，最终敲定方案。形成文档。这个过程是典型的电源专题分析的过程。

2）新电路或重点电路分析

每次设计新单板时会碰到一些新的问题，都是团队中之前没有接触过，这些需要做专题分析；或者认为是这个电路是重点，难点内容，也会专门做专题分析。比如，我们之前遇到过的双BIOS启动电路、摄像头的红外LED驱动、5G射频切换电路之类，就会把这些问题点先专项分析透。

例如双BIOS方案，我们需要考虑启动路径、内存分配、配置文件、远程升级、升级失败、版本回退等等问题。在这个过程中，一方面我们需要绘制出硬件电路的实现方案，支持两个BIOS在物理层面可以进行切换。

同时需要考虑在整个使用过程中，一些使用场景的使用流程，特别是一些异常情况下的机制。在两个BIOS使用过程中，各种异常情况下，都能够成功引导进入OS，避免双BIOS的可靠性设计带来新的可靠性隐患。梳理出类似下面的流程图，软硬件工程师以及相关人员共同评审。

我们研发一个新项目的时候，不可避免的会使用我们没有使用过的器件，甚至是整个公司都没有使用过的器件。

我们根据设计需求选定了基本方案之后，需要对新器件、关键器件进行应用分析，输出应用分析报告，并召集相关人员、管理者、有经验的工程师进行评审和分析。

方案分析过程中需要参考和更新器件的Bug List和设计注意事项。同时收集案例，并给出应对解决措施，提前预防已知问题。

关键器件不仅仅局限于新引入的器件，还包括复杂的器件、开发人员及项目组经验积累都不足的器件。

3）供电商Demo电路分析

大公司在开发硬件的时候，Demo只是作为参考，设计的依据都是来自于Datasheet，除了看芯片的各种手册之外，还要仔细查看勘误表Errata，逐条核对与Demo的差异点，如果器件有checklist文档，还要再补充核对checklist。曾经在开发AMD的时候，遇到Datasheet、Demo、checklist三个文档对应不上的情况，列出来后找FAE确认了几遍。我也出现过，定位一个很难复现的问题，后来查看了Errata，发现是厂家在最新Errata上已经把这个问题列了进去。

二、持续积累

常用的电源、时钟、时序专题提供参考模板，请直接按照参考模板输出。其他专题根据通用专题分析模板格式输出。专题分析完成特别要注重“应用设计指导”章节，这部分是直接指导后续原理图设计的要点。对于PCB布局布线有特殊要求的，要求单独列一个layout分析的章节。

逐步形成一些固化的文档和指导书。特别是必选专题。

三、问题要逐步收敛

专题评审要分阶段完成，完成一个专题评审一个专题，避免到全部专题结束时集中评审。专题评审时要且必须邀请专题涉及到的各个角色参与评审。

项目本身有交付时间要求，很多技术都可以不休止的挖掘下去，但是项目有进度要求的时候，我们需要把握专题的程度。在有限时间内其实不可能做到每个问题点都分析的深入透彻，那怎么办？首先，你就建一个《遗留问题跟踪表》，硬件项目事情又多又杂，所以把这个表要利用好。这个表的形式很简单，就是逐条记录，问题内容、责任人、完成时间、完成状态、当前进展。只要你坚持记录，坚持刷新，坚持用这张表做事务跟踪，你会发现问题不会跟踪丢，做事情会比较有条理，而且会有慢慢成就感。其次，对于问题一定要分优先级，任何项目都是带着风险前进的，识别出高风险的问题，优先解决，带着低风险的问题继续开展项目。

在项目进入详细设计阶段之前，需要完成所有专题的评审。虽然专题之间有耦合性，但是也可以单独专题结论明确，可以基本形成问题关闭状态，这样可以尽早进入详细设计阶段。

四、避免纸上谈兵：新电路、新器件一定要测试验证

专题阶段要识别出本部门未用过的新方案，如果在公司内部用用过要提前申请原理图来参考，如果公司内部都没有项目使用过，要搭建实际电路进行测试验证。