单板硬件详细设计报告模板.docx

*产品详细设计报告 拟制版本日期目 录1概述61.1背景61.2产品功能描述61.3产品运行环境说明61.4重要性能指标61.5产品功耗61.6必要的预备知识(可选)62产品各单元详细说明62.1产品功能单元划分和功能描述62.2单元详细描述72.2.1单元172.2.2单元272.2.3单元N.82.3产品各单元间配合描述82.3.1总线设计82.3.2时钟设计82.3.3产品上电、休眠、复位设计82.3.4各单元间的时序关系92.3.5产品整体可测试性设计92.3.6软件加载方式说明93产品电源设计说明93.1产品供电原理框图93.2产品电源各功能模块详细设计94产品接口说明104.1产品单元内部接口104.2对外接口说明104.3软件接口104.4调测接口115产品可靠性、可维护性设计说明115.1产品可靠性设计115.1.1关键器件及相关信息115.1.2关键器件可靠性设计说明115.1.3关键信号时序要求125.1.4信号串扰、毛刺、过冲及保障措施：125.1.5其他重要信号及相关处理方案125.1.6机械应力125.1.7可加工性125.1.8电应力125.1.9环境应力125.1.10温度应力135.2产品可维护性设计说明136EMC、ESD、防护及安规设计说明136.1产品电源、地的分配图136.2关键器件和关键信号的EMC设计136.3防护设计137产品工艺、热设计、结构设计说明137.1PCB工艺设计147.2产品结构设计147.3产品热设计147.4特殊器件结构配套设计148其他14表目录表1性能指标描述表6表2关键器件及相关信息10表3关键信号时序要求10表4器件可靠性应用隐患分析表13表5产品器件热设计分析表13图目录图1XXX7图2XXX7图3总线分配示意图8图4时钟分配示意图8图5复位逻辑示意图9图6XX时序关系图9图7XX接口时序图9图8产品供电架构框图12图9产品电源、地分配图14定稿后，请注意刷新目录。 产品硬件详细设计报告关键词：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11. 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，）图1 XXX2. 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21. 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，）图2 XXX2. 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。图3 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。 图4 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。图5 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。图6 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。图7 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信号功能其他说明图8 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。6 EMC、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。7.1 PCB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