开发新的电子硬件产品时应避免的十大设计错误

2021-03-18

在本文中，我将与您分享10个较常见的错误。此列表同时包含技术错误和非技术/一般错误，因此无论您的技术水平如何，这里都有适合所有人的内容。

＃1 –无法进行制造设计

人们倾向于低估开发新物理产品的复杂性，而他们低估了制造新产品的复杂性。

对于许多产品而言，开始制造和运行所需的时间几乎与开发产品所需的时间一样多，有时甚至更多。制造设置的成本也可能超过所有开发成本。

在整个产品设计过程中，将可制造性作为首要考虑因素至关重要。此过程称为制造设计（DFM）。

设计一款无法有效制造的产品，没有什么比减慢您的产品上市速度了。

为了简化制造，请尽早实施针对制造实践的设计。

过去的思维方式是，工程师开发产品，然后将其传递给制造商（或大公司的制造部门），然后制造商会弄清楚如何真正地制造它。工程与制造之间几乎没有互动。

但这是开发产品的可怕方法，这就是成功的公司放弃此过程的原因。

从一开始就着眼于制造开发更好的产品。例如，简单的设计更改可能会对使产品更容易，更快地制造产生巨大影响。

＃2 –无线电路的错误设计

如果产品具有任何无线功能，则任何RF（射频）部分的PCB布局都至关重要。不幸的是，它做错的次数多于对错，因此请密切注意这一点。

例如，为了在收发器（发射器/接收器）和天线之间进行最大功率传输，它们的阻抗必须匹配。这意味着需要两件事。

首先是连接天线和收发器的正确传输线。

该传输线专门在PCB上制造，用于承载微波（高频无线电波）。PCB设计中使用两种常见的传输线类型：微带线和共面波导。

甲微带是通过电介质层从接地平面在其下方分开的导电带。甲共面波导是类似，除了它也增加了相同的层上的导带之外的另一个接地平面的微带。在这两种样式中，共面波导是最常用的。

在大多数情况下，传输线需要设计成具有50欧姆的阻抗，以实现与天线的最大功率传输。

不要将此阻抗规范与线路的简单电阻相混淆。50欧姆阻抗是指从传输线到周围接地层的复数阻抗。

除了使用50欧姆的传输线外，通常还需要添加某种类型的LC匹配电路，例如pi网络。这样可以对天线阻抗进行微调，以实现最佳匹配和最大功率传输。

射频传输线的正确布局至关重要。使用预先认证的模块是一个更简单的选择。

避免这些复杂性并降低获得产品认证成本的最佳方法之一，是对任何无线功能使用预先认证的模块。

对于大多数无线功能，有两种通用的设计策略：使用适当的微芯片定制构建自己的电路，或使用具有经过验证的功能的预认证模块。

设计自己的无线RF电路很复杂。实际上，正确设计可能是最复杂的电路类型。老实说，很可能不会正确完成。您应该期望需要多次原型迭代才能使其正确。

定制设计的另一个缺点是，它将使您的FCC认证成本至少增加10,000元。使用模块可能会稍微降低您的利润率，但是最大化利润率绝不是您的首要任务。

是的，您需要提前了解大规模生产后的利润率。但是，刚开始时，您的首要任务应该是减少市场成本，而不是使利润最大化。利润来得晚。

＃3 –等待时间太长，无法估算制造成本

这是一个很大的。成功的高科技公司通常会在开始全面开发之前大致知道产品要花多少钱才能很好地进行生产。否则，他们怎么知道该产品值得开发？

如果您不是一家市值十亿美元的科技公司，那么很有可能首先要对您的产品进行全面设计。一旦有了最终的原型，并准备好开始生产，那么您将最终估算出制造该产品的成本。

但是，如果您发现产品的制造成本将超出预期，会发生什么情况？您可以提高销售价格目标，但这显然会带来负面影响。

您也可以进行一些重新设计以降低制造成本。但是，仅在第一次设计时就更有意义了吗？

出于可以理解的原因，许多人认为您必须完全开发产品，然后才能准确地计算制造成本。那绝对是不正确的。

有了正确的经验，这是能够准确估算的制造成本几乎任何产品。这很可能在任何PCB布局或3D建模发生之前发生。

＃4 –大电流PCB走线的宽度不足

如果PCB走线将流过大约500mA以上的电流，那么走线所允许的最小宽度可能就不够了。

PCB走线的所需宽度取决于几件事，包括走线的厚度（铜的重量）以及走线是在内部还是外部。

对于相同的厚度，在相同的宽度下，外层可以比内部走线承载更多的电流，因为外部走线的气流更好，从而可以更好地散热。

任何载有超过500mA的PCB走线都需要比最小走线宽度更宽。

厚度取决于该导电层使用了多少铜。大多数PCB制造商都允许您从0.5 oz / sq的各种铜重量中进行选择。ft至约2.5 oz / sq。ft。如果需要，您可以将铜的重量转换为厚度测量值，例如密耳。

在计算PCB走线的电流承载能力时，必须指定该走线的允许温升。

通常，升高10C是一个安全的选择，但是如果您需要缩小走线宽度，则可以使用20C或更高的允许温度升高。

尽管走线宽度的计算非常简单，但我通常还是建议使用走线 宽度计算器。

＃5 –未获得设计审查

如果您在原型设计之前没有得到产品的独立设计审查，那么您可能会浪费金钱。

工程师有多优秀并不重要，没有人是完美的，所有工程师都会犯错。

获得定制原型（无论是电子PCB还是产品外壳）并不便宜。您需要的原型迭代次数越多，总成本就越高。开发产品并将其推向市场还需要更长的时间。

减少所需原型迭代次数的最佳方法之一是获得第二种意见，即设计审查。成功的高科技公司始终要求其工程师进行设计审查，以寻求尽可能多的其他工程师的反馈。

不幸的是，许多企业家，初创公司和小公司犯了完全跳过这一关键步骤的错误。如果您有足够的技巧自己对设计进行充分审查，那就很好。但是，如果您具有这些技能，您可能会自己完成设计。

＃6 –不正确使用去耦电容器

关键组件需要干净，稳定的电源。去耦电容器放置在电源轨上，以在这方面提供帮助。

但是，为了使去耦电容器发挥最佳作用，它们必须尽可能靠近需要稳定电压的引脚。

来自电源的电源线需要进行布线，以便在连接至需要稳定电压的引脚之前先连接至去耦电容器。

同样，至关重要的是将电源稳压器的输出电容器放置在尽可能靠近稳压器输出引脚的位置。

这对于优化稳定性是必不可少的（所有调节器均使用一个反馈环路，如果未正确稳定，该环路可能会振荡）。它还可以改善瞬态响应。

＃7 –产品外壳不可制造

您已经花费了所有时间和金钱来使产品外壳的设计看起来恰到好处。对您来说，这就像艺术品，这需要一堆3D打印的原型迭代来完善其外观和功能。

您终于有了完美的原型！现在，您只需要找到制造商即可批量生产它们，那么您就很好了。正确的？

如果我告诉您您的机箱设计没有用，而您实际上需要重做整个事情，该怎么办？听到这太可怕了，但这是非常普遍的现象。

3D打印非常宽容。您可以设计和打印几乎任何您想像的东西。但是3D打印仅用于生产一些原型。高压注塑成型是用于大批量生产塑料零件的技术。

不幸的是，注射成型根本不能原谅。这是一项具有许多设计规则的技术，必须严格遵守。这些规则可能如此重要，也可能如此局限，以至于需要进行重大的重新设计才能使外壳可制造。

设计产品外壳时，请务必从一开始就考虑注塑要求。

＃8 –错误的PCB着陆模式

所有PCB设计软件工具均包含常用电子组件库。这些库既包括原理图符号，又包括PCB着陆图。只要您坚持使用这些库中的组件，一切都会很好。

当您使用随附库中未包含的组件时，问题就开始了。这意味着工程师必须手动绘制原理图符号和PCB着陆图案。

绘制着陆图案时很容易犯错误。例如，如果您将引脚与引脚之间的间距缩小了几毫米，则将无法在板上焊接该部件。

避免此错误的简便方法是按1：1比例打印出PCB布局。然后订购所有各种组件（主要是微芯片和连接器）的样品，并手动将其放置在印刷的PCB布局上。这使您可以非常迅速地验证所有着陆模式是否正确。

＃9 – PCB设计不可制造或成本太高

甲经由处于PCB的导电孔，从不同的层所连接的信号。最常见的通孔类型称为 通孔， 因为它会穿过电路板的所有层。这意味着即使您只想将迹线从第一层连接到第二层，所有其他层也将具有此直通孔。

由于过孔甚至不使用过孔，也会减少层上的布线空间，因此可能会增加电路板的尺寸。

甲经由盲另一方面外部层连接到一个内部层，和一个通过掩埋所连接两个内部层。但是，盲孔和掩埋通孔在可用于连接的层上有非常严格的限制。

＃1是连接所有层的直通孔，＃2是连接层1和2的盲孔，＃3是连接层2和3的埋孔。

使用实际上无法制造（或原型制作）的盲孔/埋孔非常容易。要了解掩埋和盲孔的局限性，您必须了解如何堆叠各层以制造PCB。

有关掩埋/盲孔的所有技术细节。

请注意，即使正确使用它们，盲孔/埋孔也会大大增加原型板的成本。很多时候，它们的使用会使您的电路板成本增加一倍，尽管一旦您达到更高的产量，这种成本增加的意义就不大了。

在几乎所有情况下，除非绝对必须具有最小的PCB设计，否则最好避免使用掩埋和盲孔。

＃10 –开关稳压器的PCB布局不正确

开关稳压器通过暂时存储能量，然后以受控方式将其释放到输出，将一个电源电压转换为另一电源电压。使用的存储元件是电感器和电容器。

与简单的线性稳压器相比，开关稳压器效率极高，功耗极低。但是，正确使用它们要复杂得多。

使用开关稳压器的最大复杂性是正确设计其PCB布局。您不能随意放置组件并将它们连接起来。

对于开关稳压器，应遵循严格的布局规则。幸运的是，几乎所有关于开关稳压器的数据表都将包含讨论正确布局的部分，并给出如何正确进行设置的示例。