产品设计方案大观园(二):硬件设计篇

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上一篇《产品设计方案撰写指南(一):结构设计》中我们说到,只有理解背后的道理,借助框架模板,通过反复的训练才可以提高产品设计方案的撰写水平,并且和大家探讨了结构设计版块的撰写要点。本系列篇二将和大家继续学习硬件设计方面的内容。

一、设计概述

同样的,在进行详细设计说明前,需要对采取的硬件基本设计思路做出阐述,并概要描述为什么要采取本方案:

  • 硬件配置说明:以方框图的形式描述产品的整体配置和单板配置;
  • 硬件/固件的设计选择:描述硬件/固件的设计选择,如尺寸、颜色、形状、材料等;
  • 硬件开发平台说明:介绍硬件开发的环境、工具、编译器、可编程性设计工具如FPGA/DSP等;介绍SI、EMC仿真分析平台(如果有)。

这里我们说的“方框图”是指系统方框图,用于说明系统的各部分是如何搭配成一个完整系统的。系统方框图需标识好组成各系统构件(子系统、模块、单元)并描述它们之间的静态关系。

系统方框图应画成两种:

  • 功能性方框图:用于说明系统有哪些功能,应由哪些功能模块来实现。需画出这些功能模块之间的逻辑关系,接口方式,遵循的协议规范等。如果是迭代类的产品,可在原有功能性方框图上增加、修改、删除;
  • 物理性方框图:用于说明系统具体是由哪些硬件模块来实现,需具体到型号、厂家、规格和性等。这是设计硬件实现方案的基础(软件实现方案与此类似)。

最后需要给出两者间的对应关系,明确哪个物理框实现哪个功能框的目的。

二、设计详述

1. 模块间接口说明

总体概念介绍完成后,需自上而下的对硬件系统各功能模块进行详细介绍,具体到各功能模块的作用及彼此之间是如何配合以实现整体功能的。注意此处内容可能较多,建议在单独文件内进行描述,并在产品设计方案内进行引用。

接口标识和图例:通过图例说明最小功能单元之间的接口,并为每个接口赋予唯一标识。若是迭代类产品,需注明接口的变化。

下图是系统整体接口标识示意:

详细接口定义:描述各最小功能单元间关键接口的接口标准、信号定义等,对非关键接口可以不给出详细定义。若是迭代类产品,需注明单板功能的变化以及接口标准的变化等。下图是某板卡最小功能单元说明示意。

2. 模块需求分配说明

硬件设计时我们建议以需求定功能,除满足必须的功能需求,必要的性能需求外,不做冗余设计(当然这也要分行业,to C及部分to B的产品建议这样做)。因此在对硬件系统整体方案进行介绍后,需将最小模块的功能与需求进行对应(这里会用到需求追踪工具,如需求池)。

各需求对应的功能模块建议按以下要点进行描述:

  • 关键器件规格:从器件外形尺寸及接口、可靠性、环境适应性、可加工性、可测试性等方面描述关键器件的工程设计要求,提出影响器件质量/可靠性的关键指标;
  • 连接方案描述:说明本产品关键接插件类型、线缆连接部位等(若在“模块间接口说明”内提及,则此处可不写);
  • 电气特性描述:主要描述各模块的电气特性,如功耗、最大允许电流/电压等;
  • 可测试性设计:描述各模块应具有的可测试性规格;
  • 单板硬件基本要求:电源与接地的布置、调试接口、指示电路、主要时钟、控制引脚、信号点、测试接口等的设计;
  • 单元电路设计要求:处理器及外围电路的说明(需含FLASH、RTC、NVRAM、SDRAM);
  • 器件应用可靠性设计描述:根据产品可靠性总体要求,描述各类器件应用规则。

3. 模块开发状态/类型说明

同一条产品线上的产品经常会出现功能模块复用的情况,模块复用是非常节约时间和成本的,可复用模块的种类及数量是一条产品线研发团队的技术底蕴。因此建议对模块的开发状态进行说明。

模块的开发状态具体有如下几类:

  • 新开发:全新开发,全新尝试;
  • 重用现有最小功能模块:如某款WiFi模块因其稳定性和价格适当已在某款产品上大规模使用,当对WiFi性能的需求大致不变时,在其他同类产品上可以直接复用;
  • 重用现有设计:如某块升压板有较宽的电压输入范围,当输出电压一致而输入电压有一定区别(所过电压/电流仍在升压板支持范围内),可以直接复用;
  • 对现有设计或最小功能模块进行重新开发:如现有产品上使用百兆网口,而新产品上需要千兆网口,可以通过更改PHY芯片的配置(软件或硬件)完成重新开发;
  • 开发用于重用的最小功能模块等:如本条产品线上的产品均有GPS定位需求,那么可定制开发通用的GPS模块及其外围电路,做好存档并在同类产品设计时快速调用。

4. 外包/外购模块规格说明

为缩短开发时间,提升产品质量及其稳定性,可以选择外购市面上成熟稳定的模块。比如说当你需要实现TTL/COMS电平和RS232电平的相互转换时,完全可以直接外购TTL-RS232串口通信模块;同样,当本团队的技术积累比较偏重于某些领域,而对产品涉及到的其他领域不甚熟悉,可以选择将此部分模块的设计交给外包公司。

例如你的团队对射频部分很精通,但对设计出稳定高效的供电模块没有把握(一般来说,给定充分的时间和经费,硬件工程师最后都能给鼓捣出来,但这样性价比太低),完全将供电模块交付外部团队设计,注意提清楚需求并明确交期即可。

当你的产品中有外包/外购模块时,需要对其规格进行全面定义:

  • 明确模块指标:包括结构、功能、性能指标、技术参数、接口等;
  • 明确验收标准:结合以上要求明确模块的验收标准;
  • 说明技术方案:描述外包方的概况及其对外包模块的实现方式(可引用外包方提供的设计方案文档)。

选择外包供应商及提出你的需求是由一定技巧的,具体可参考我的文章《作为甲方,如何提好你的需求?》。

后续还会有软件设计篇的内容与大家见面。此外关于文档相关的写作,后续还有to B硬件产品的竞品分析分享给大家(身边大部分硬件产品经理朋友都对这个感到头疼,恰好去年有过相关的经历,就拿出来抛砖引玉了),敬请期待。

 

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题图来自 Unsplash ,基于 CC0 协议

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