這是來(lái)自SparkFun上的一篇文章，作者 HAILEYASAURUS，在此也附上英文的原文地址，供大家閱讀。

當(dāng)開(kāi)發(fā)和銷售一個(gè)新的電子硬件產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于一些錯(cuò)誤，浪費(fèi)了你大量的資金，延誤了上市的時(shí)間。本文分享了一些在開(kāi)發(fā)新電子產(chǎn)品時(shí)最常見(jiàn)的錯(cuò)誤，包括電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)錯(cuò)誤和塑料外殼設(shè)計(jì)的可制造性方面的錯(cuò)誤；以及一些初次開(kāi)發(fā)和創(chuàng)業(yè)的人經(jīng)常犯的更普遍的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)錯(cuò)誤。

1. 沒(méi)有為“制造”而設(shè)計(jì)

人們往往會(huì)低估開(kāi)發(fā)一種新的物理產(chǎn)品的復(fù)雜性，他們更低估了制造它的復(fù)雜性。對(duì)于許多產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)生產(chǎn)和運(yùn)行所需的時(shí)間幾乎與開(kāi)發(fā)產(chǎn)品所需的時(shí)間一樣久，有時(shí)甚至更久。為制造設(shè)置的成本也可能與所有開(kāi)發(fā)成本一樣高，甚至更高。在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，可制造性是首要考慮因素。這個(gè)過(guò)程被稱為“可制造性設(shè)計(jì)”（Design-For-Manufacturing， DFM）。沒(méi)有什么比設(shè)計(jì)一款無(wú)法有效生產(chǎn)的產(chǎn)品更能阻礙你進(jìn)入市場(chǎng)。

舊的思維方式是，工程師開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品，然后把它交給制造商（或大公司的制造部門(mén)），后者會(huì)想出如何實(shí)際生產(chǎn)它，工程和制造業(yè)之間幾乎沒(méi)有互動(dòng)。但這是一種可怕的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的方式，這就是為什么成功的公司都放棄了這個(gè)過(guò)程。開(kāi)發(fā)一款產(chǎn)品時(shí)最好從一開(kāi)始就考慮到生產(chǎn)。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)更改可能會(huì)對(duì)使產(chǎn)品更容易、更快地生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的影響。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，兩個(gè)主要的可制造性要求是電子器件設(shè)計(jì)為可測(cè)試性、外殼設(shè)計(jì)為注塑成型。

2. 不正確的無(wú)線電路設(shè)計(jì)

如果產(chǎn)品具有任何無(wú)線功能，則任何射頻部分的PCB布局都是非常關(guān)鍵的。不幸的是，錯(cuò)誤的次數(shù)多于正確的次數(shù)，所以請(qǐng)仔細(xì)觀察。例如，為了在收發(fā)機(jī)（發(fā)射機(jī)/接收機(jī)）和天線之間實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，它們的阻抗必須匹配。這意味著需要做兩件事。

首先，必須有一條合適的傳輸線連接天線和收發(fā)器，這種傳輸線是在PCB上制作的，專門(mén)用于傳輸微波（高頻無(wú)線電波）。在PCB設(shè)計(jì)中有兩種常見(jiàn)的傳輸線： 微帶和共面波導(dǎo)。微帶是一種導(dǎo)電帶，由介電層與它下面的接地面隔開(kāi)。共面波導(dǎo)與微帶相似，不同之處在于它在同一層上，在導(dǎo)電帶的旁邊增加了另一個(gè)接地面。

在這兩種形式中，共面波導(dǎo)是最常用的。在大多數(shù)情況下，傳輸線需要設(shè)計(jì)為50歐姆阻抗，以讓天線達(dá)到最大的傳輸功率。不要把這個(gè)阻抗規(guī)格與線路的簡(jiǎn)單電阻混淆。50歐姆阻抗是指?jìng)鬏斁€到周圍接地面的復(fù)阻抗。傳輸線的尺寸可以采用一些免費(fèi)的工具來(lái)計(jì)算。

除了使用50歐姆的傳輸線外，通常還需要添加某些類型的LC匹配電路，如pi網(wǎng)絡(luò)。這允許微調(diào)天線阻抗的最佳匹配和最大的功率傳輸。

避免這些復(fù)雜性以及降低產(chǎn)品認(rèn)證成本的最佳方法之一，是為任何無(wú)線功能使用預(yù)先認(rèn)證的模塊。

對(duì)于大多數(shù)無(wú)線功能，有兩種通用的設(shè)計(jì)策略： 使用適當(dāng)?shù)奈?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/137/" target="_blank">芯片自定義構(gòu)建自己的電路，或使用具有已驗(yàn)證功能的預(yù)先認(rèn)證的模塊。設(shè)計(jì)您自己的無(wú)線射頻電路是非常復(fù)雜的。事實(shí)上，為了讓你的設(shè)計(jì)達(dá)到“適當(dāng)”，它可能是最復(fù)雜的電路類型。老實(shí)說(shuō)，很有可能做得不對(duì)。你需要多次原型迭代才能得到正確的結(jié)果。定制設(shè)計(jì)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，它將增加至少1萬(wàn)美元的FCC認(rèn)證成本。使用模塊可能會(huì)降低你的利潤(rùn)率，但最大化利潤(rùn)率絕不應(yīng)該是你的首要任務(wù)。

是的，你需要事先了解，一旦你大規(guī)模生產(chǎn)，你的利潤(rùn)率是多少。但剛開(kāi)始時(shí)，你的首要任務(wù)應(yīng)該是降低市場(chǎng)成本，而不是最大化利潤(rùn)。晚些時(shí)候才會(huì)獲利。

蘇老師：在無(wú)線設(shè)計(jì)中最好使用現(xiàn)成的、已經(jīng)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的無(wú)線模塊，比如樂(lè)新的ESP32系列的WiFi/BLE模塊等，能幫助你大大縮短產(chǎn)品上市的時(shí)間。

3 。等待太久才估算制造成本

這是一個(gè)大問(wèn)題。成功的科技公司總是在開(kāi)始全面開(kāi)發(fā)之前就知道產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。否則，他們?cè)趺粗喇a(chǎn)品值得開(kāi)發(fā)？

如果你不是一家市值10億美元的科技公司，那么你很有可能首先讓你的產(chǎn)品得到完整的設(shè)計(jì)。一旦你有了最終的原型，你就準(zhǔn)備開(kāi)始制造了，然后你就會(huì)最終估計(jì)產(chǎn)品的制造成本。但是，如果你發(fā)現(xiàn)你的產(chǎn)品的生產(chǎn)成本比你預(yù)期的要高，會(huì)發(fā)生什么呢？ 你可以提高銷售價(jià)格目標(biāo)，但這顯然會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

你們還可以重新設(shè)計(jì)以降低制造成本。但如果一開(kāi)始就設(shè)計(jì)好它不是更有意義嗎？ 出于可以理解的原因，很多人認(rèn)為你必須完全開(kāi)發(fā)一個(gè)產(chǎn)品，才能準(zhǔn)確計(jì)算制造成本。那絕對(duì)不是真的。有了正確的經(jīng)驗(yàn)，就有可能準(zhǔn)確估計(jì)任何產(chǎn)品的制造成本。這可能發(fā)生在任何PCB布局或3D建模之前。

4. 高電流PCB痕跡寬度不足

如果一個(gè)PCB走線將有超過(guò)大約500毫安的電流流過(guò)它，那么最小寬度允許的走線可能是不夠的。PCB走線所需的寬度取決于幾個(gè)因素，包括走線的厚度（銅的重量），以及走線是在內(nèi)部還是表面層上。對(duì)于相同的厚度，在相同的寬度下，外層走線可以攜帶比內(nèi)部層走線更多的電流，因?yàn)橥獠孔呔€有更好的空氣流動(dòng)，允許更好的散熱。

厚度取決于有多少銅被用于導(dǎo)電層。大多數(shù)PCB制造商允許您從0.5 oz/sq.ft到大約2.5 oz/sq.ft之間的銅重選擇。如果您愿意，您可以將銅重量轉(zhuǎn)換為厚度測(cè)量，如密耳（mils）。當(dāng)計(jì)算PCB導(dǎo)線的載流能力時(shí)，必須指定該導(dǎo)線的允許溫升。一般來(lái)說(shuō)，10攝氏度的升溫是一個(gè)安全的選擇，但如果你需要擠壓更多的走線寬度，你可以使用20攝氏度或更高的允許升溫。雖然走線寬度的計(jì)算相當(dāng)簡(jiǎn)單，但我通常建議使用走線寬度計(jì)算器。

蘇老師：PCB布線中的幾要素之一：電源線足夠的承載能力，就像運(yùn)輸線路生的車道，在KiCad設(shè)計(jì)中有計(jì)算器可以計(jì)算線寬

5. 沒(méi)有設(shè)計(jì)審核

如果你在制作原型前沒(méi)有得到獨(dú)立的設(shè)計(jì)評(píng)估，那你可能就是在浪費(fèi)錢(qián)。不管工程師有多優(yōu)秀，沒(méi)有人是完美的，所有的工程師都會(huì)犯錯(cuò)。制作定制的原型（無(wú)論是電子電路板還是產(chǎn)品外殼）并不便宜。你需要的原型迭代越多，總成本就越高。開(kāi)發(fā)和將產(chǎn)品推向市場(chǎng)也需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

減少原型迭代次數(shù)的最佳方法之一是獲得其他人的意見(jiàn)，即設(shè)計(jì)審查。成功的科技公司總是要求他們的工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審，以尋求盡可能多的其他工程師的反饋。不幸的是，許多創(chuàng)業(yè)者、初創(chuàng)公司和小公司都錯(cuò)誤地完全跳過(guò)了這一關(guān)鍵步驟。如果你有足夠的技能自己審查設(shè)計(jì)，那就沒(méi)問(wèn)題。但如果你有這些技能，你可能只需要自己完成設(shè)計(jì)。

6. 不正確使用去耦電容器

關(guān)鍵部件需要一個(gè)干凈、穩(wěn)定的電壓源。在這方面，去耦電容被放置在電源軌道上。然而，為了使去耦電容器工作得最好，它們必須盡可能接近需要穩(wěn)定電壓的引腳。來(lái)自電源的電源線需要合適的布線，以便在到達(dá)需要穩(wěn)定電壓的引腳之前先得到電容的去耦。

另外，將電源穩(wěn)壓器的輸出電容盡可能地靠近穩(wěn)壓器的輸出管腳也是至關(guān)重要的。這對(duì)于優(yōu)化穩(wěn)定性是必要的（所有的調(diào)節(jié)器使用一個(gè)反饋回路，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定就會(huì)發(fā)生振蕩），它還能改善瞬態(tài)響應(yīng)。

7. 產(chǎn)品外殼不可制造

你已經(jīng)花費(fèi)了所有的時(shí)間和金錢(qián)來(lái)讓你的產(chǎn)品外殼的設(shè)計(jì)看起來(lái)恰到好處。對(duì)你來(lái)說(shuō)，它就像一件藝術(shù)品，這需要一大堆3d打印的原型來(lái)完善它的外觀和功能。你終于有了完美的原型！ 現(xiàn)在你只需要找到一個(gè)制造商來(lái)批量生產(chǎn)它們，你就可以開(kāi)始了。對(duì)吧？ 如果我告訴你，你的外殼設(shè)計(jì)是無(wú)用的，你需要重新做整個(gè)事情，你會(huì)怎么做？ 這聽(tīng)起來(lái)很可怕，但這是很常見(jiàn)的事情。

3D打印是非常寬容的。你可以設(shè)計(jì)和打印任何你想象的東西。但3D打印只能用于生產(chǎn)一些原型。高壓注射成型是一種用于大批量生產(chǎn)塑料零件的技術(shù)。不幸的是，注射成型一點(diǎn)也不寬容。這是一項(xiàng)有許多必須嚴(yán)格遵循的設(shè)計(jì)規(guī)則的技術(shù)。這些規(guī)則可能是如此重要、如此有限，以至于需要重新設(shè)計(jì)，只是為了使外殼可制造。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品外殼時(shí)，一定要從一開(kāi)始就考慮注塑的要求。

8. 錯(cuò)誤的PCB封裝

所有的PCB設(shè)計(jì)軟件工具都包含了常用的電子元器件庫(kù)，這些庫(kù)包括原理圖的符號(hào)和PCB的封裝模式。只要您堅(jiān)持使用這些庫(kù)中的元器件，一切都是好的。當(dāng)您使用不在包含的庫(kù)中的元器件時(shí)，問(wèn)題就開(kāi)始了。這意味著工程師必須手動(dòng)繪制原理圖符號(hào)和PCB封裝。

在畫(huà)封裝時(shí)很容易出錯(cuò)。例如，如果你畫(huà)的針腳間距偏差哪怕一毫米的幾分之一，也有可能導(dǎo)致這個(gè)元器件無(wú)法焊接。避免這個(gè)錯(cuò)誤的一個(gè)最簡(jiǎn)單的辦法就是以1:1的比例打印PCB的布局，然后將事先購(gòu)買(mǎi)的所有的元器件（主要是芯片和連接器）的樣品，手動(dòng)放置在打印出來(lái)的PCB布局圖上。這可以讓你非常迅速地驗(yàn)證所有的封裝是否正確。

蘇老師：越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)渠道可以獲得經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的元器件庫(kù)，比如開(kāi)源的項(xiàng)目、原廠提供的下載鏈接、三大元器件庫(kù)平臺(tái)提供的庫(kù)資源，利用好這些資源會(huì)有效提升自己的設(shè)計(jì)效率，并降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

9 。 PCB設(shè)計(jì)不可制造或太昂貴

過(guò)孔是PCB上的一個(gè)導(dǎo)電孔，用來(lái)連接來(lái)自不同層的信號(hào)。最常見(jiàn)的過(guò)孔類型是通孔，因?yàn)樗灤╇娐钒宓乃袑印＿@意味著，即使你只想連接從層1到層2的走線，所有其它層也將通過(guò)這個(gè)通孔。這可能會(huì)導(dǎo)致板的尺寸增加，因?yàn)橥诇p少了甚至不使用通孔的層上的走線空間。另一方面，“盲孔”連接外部層和內(nèi)部層，而埋入的“埋孔”連接兩個(gè)內(nèi)部層。然而，“盲孔”和“埋孔”對(duì)于它們可以用于連接的層有非常嚴(yán)格的限制。

我們太容易使用那些無(wú)法實(shí)際制造（或制作原型）的盲孔或埋孔了。要理解埋孔和盲孔的局限性，您必須了解PCB是如何疊層的。需要注意的是，即使你正確地使用它們，盲孔/埋孔也會(huì)大大增加原型板的成本。很多時(shí)候，它們的使用將使你的電路板成本增加一倍，盡管一旦你達(dá)到更高的產(chǎn)量，這種成本增加將不那么顯著。在幾乎所有情況下，最好避免使用埋入式和盲孔，除非您必須設(shè)計(jì)非常小的PCB。

10. 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器PCB布局不正確

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)臨時(shí)存儲(chǔ)能量，然后以受控的方式將其釋放到輸出，從而將一種電源電壓轉(zhuǎn)換為另一種電壓。所使用的儲(chǔ)能元件是電感器和電容器。與更簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器相比，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率較高、能源浪費(fèi)較低。然而，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的使用則要復(fù)雜得多，使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的最大復(fù)雜性是正確設(shè)計(jì)它們的PCB布局。

你不能隨機(jī)地把元器件擺放，然后把它們隨意地連接起來(lái)。使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器需要遵守嚴(yán)格的布局規(guī)則。幸運(yùn)的是，幾乎所有的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)里都包括一個(gè)討論正確布局的部分，并給出一個(gè)如何正確進(jìn)行布局、布線的例子。

結(jié)論

上面只列了10條，其實(shí)有更多值得注意的地方。 最好的辦法是在你真正接觸到任何潛在的陷阱之前就知道它們。這樣你可以完全避免它們，或者至少在它們發(fā)生的時(shí)候做好更好的準(zhǔn)備。

希望本文能幫助您消除這些潛在的錯(cuò)誤。然而，避免這類錯(cuò)誤的最好方法是與專家合作。最好從一開(kāi)始就請(qǐng)一些必要的專家來(lái)指導(dǎo)你，這樣你就可以在陷入困境之前避免這些錯(cuò)誤。至少，在投入大量資金進(jìn)行原型或生產(chǎn)之前，你需要找到獨(dú)立的專家來(lái)審查你的設(shè)計(jì)。

編輯：jq