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技術專題
電子產品設計步驟指南
電子產品設計的開發可分為七個步驟：初步生產設計，原理圖，PCB布局，最終BOM，原型，測試和程序以及最終認證。
步驟1 –創建初步的生產設計
在開發新的電子硬件產品時，您應該首先進行初步的生產設計。請勿將其與概念驗證（POC）原型相混淆。
POC原型通常使用Arduino等開發套件構建。有時，它們對于證明您的產品概念可以解決所需的問題很有用。但是POC原型遠非生產設計。您幾乎不會在產品中嵌入Arduino的情況下進入市場。
一個初步的生產設計側重于產品的組件生產，成本，利潤空間，性能，功能，開發可行性和可制造性。
您可以使用初步的生產設計來估算產品所需的每項成本。準確知道開發，原型制作，編程，認證，擴展和制造產品的成本非常重要。
初步的生產設計 將回答以下相關問題。我的產品是否可行開發？我可以負擔得起開發該產品的費用嗎？開發產品需要多長時間？我可以批量生產產品嗎？我可以賺錢賣嗎？
許多企業家錯誤地跳過了初步的生產設計步驟，而直接跳入設計原理圖。
這樣一來，您最終可能會發現自己已經花了所有這些努力和來之不易的錢購買了無法負擔得起的開發，制造或最重要的是獲利銷售的產品。
步驟1A –系統框圖
在創建初步生產設計時，應首先定義系統級框圖。該圖指定了每個電子功能以及所有功能組件的互連方式。
圖2 –框圖指定了每個功能和系統級連接。
大多數產品需要具有各種組件（顯示器，傳感器，內存等）的微控制器或微處理器，這些組件通過各種串行端口與微控制器連接。
通過創建系統框圖，您可以輕松識別所需的串行端口的類型和數量。這是為產品選擇正確的微控制器必不可少的第一步。
步驟1B –選擇生產組件
接下來，您必須根據所需的功能和產品的目標零售價格選擇各種生產組件：微芯片，傳感器，顯示器和連接器。然后，您可以創建初步的物料清單（BOM）。
圖3：選擇生產組件是關鍵的第一步開發步驟。
您可以購買大多數電子組件（用于原型設計和初始測試），也可以購買多達數千個（用于小批量制造）。
一旦達到更高的產量，您將可以直接從制造商那里購買一些組件來節省金錢。
步驟1C –估算生產成本
現在，您應該估算產品的生產成本（或銷售成本– COGS）。盡快了解制造您的產品的成本至關重要。
您需要知道產品的制造單位成本，才能確定最佳的銷售價格，庫存成本，最重要的是您的利潤。
圖4 –盡早估算生產成本至關重要。
您選擇的生產組件當然會對制造成本產生重大影響。
但是要獲得準確的制造成本估算，您還必須包括PCB組裝，最終產品組裝，產品測試，零售包裝，報廢率，退貨，物流，關稅和倉儲的成本。
步驟2 –設計原理圖
現在是時候根據您在步驟1中創建的系統框圖來設計電路原理圖了。
圖5：電路原理圖示例。
示意圖顯示了從微芯片到電阻器的每個組件如何連接在一起。盡管系統框圖主要集中在較高級別的產品功能上，但示意圖僅涉及一些小細節。
諸如原理圖中組件上的引腳編號錯誤之類的簡單問題可能會導致功能的完全缺乏。
在大多數情況下，系統框圖的每個模塊都需要一個單獨的子電路。這些不同的子電路然后將被連接在一起以形成完整的原理圖。
使用特殊的電子設計軟件來創建原理圖并幫助確保其沒有錯誤。我建議使用一個名為DipTrace的軟件包 ，該軟件包 價格合理，功能強大且易于使用。
其他流行的PCB軟件包包括Altium Designer和Eagle。但請注意，它們非常昂貴，最適合設計多種產品的人員。
步驟3 –設計印刷電路板（PCB）
完成原理圖后，您現在將設計印刷電路板（PCB）。PCB是固定并連接所有電子組件的物理板。
本質上，系統框圖和原理圖電路的開發主要是概念性的。PCB設計是非常真實的世界。
圖6：現在必須將原理圖電路圖轉換為PCB布局設計。
使用與創建原理圖相同的軟件來設計PCB。該軟件將具有各種驗證工具，以確保PCB布局符合所用PCB工藝的設計規則，并且PCB與原理圖匹配。
通常，產品越小，組件封裝得越緊密，創建PCB布局所花費的時間就越長。如果您的產品路由大量電源或提供無線連接，那么PCB布局就顯得尤為關鍵和耗時。
圖7 –印刷電路板（PCB）布局設計示例
對于大多數PCB設計而言，最關鍵的部分是電源布線，高速信號（晶體時鐘，地址/數據線等）和任何無線電路。