硬件设计的原则（我们在设计一个硬件系统的时候）

功耗！这是很容易被忽略的却格外重要的东西。这个问题反映在主电源上，就是要考虑电源的待载能力。很多时候我们想当然的假设电源的待载能力足够，从而忽略对于功耗的考量。

电源的待载能力可以分为两部分：瞬时待载能力和持续待载能力。

瞬时待载能力是指电源在某一瞬间所能提供的最大供电电流。持续待载能力是指电源在持续的一段时间内，或者长时间可提供的最大供电电流。我们知道有很多瞬发电路，平时不工作的时候功耗极低，工作的某一时刻就会让负载瞬间抖动极大。这时候就要考验电源的瞬间待载能力是否过关了。

针对这种瞬时待载能力不能达标的电源，如果这个“瞬时”持续时间短的话，我们可以大致的计算一个能量范围，选取一颗大的电容就可以解决这个问题了。一般的经验值，预留在12V电源上一颗220UF的电解电容几乎可以解决绝大部分的瞬时待载能力不足的问题。

而持续待在能力就是考验电源的指标了，我们选择电源也要根据它的能力去选择。首先要根据单模块的功耗来选择分级电源；分别计算清楚每一块功能区域的功耗，按照效率折算到总输入端的电源上，从而来选取总电源的型号。而在走线上，也要注意电源出线尽量按照功耗计算宽度，并留有余量。同时，尽量在源端出线，走树形结构，而不是菊花链结构，这样能尽量避免不必要的并联网络带来的干扰。

1.常用的直流电源粗略来分有两大类：线性电源和开关电源。

这种分类的标准在于，电源内部的主MOS管是工作在线性区还是饱和区/截至区：如果MOS管工作在线性区，则为线性电源；如果MOS管在饱和区和截至区不断切换，则称其为开关电源。线性电源的典型代表为LDO（low dropout regulator);开关电源典型代表为DC/DC。

LDO是低压差线性稳压器，顾名思义，他要求输出电压比输入电压值稍低。通常用的LDO都是输入比输出大不过1V的情况，也有个别的可以到2V以上。而LDO输出电压只能低于输入电压，而不能比输入高。

下图是某LDO的内部示意图。

主MOS管连接输入和输出端，通过反馈电路的动态调节，让输出电压跟随参考电压。这种结构也决定了LDO的特点：输出稳，发热高。

因为MOS管工作在放大区，不存在切换状态开关的情况，因此输出电压不会存在波动，纹波极小。输入和输出的差值所产生的能量，全部转换成MOS管的热能散出去了。可想而知，压差越大，负载越重，发热越高。所以，即便很多LDO支持高压差输出，也不建议在高于1V的场景使用，会导致局部过热，影响电源寿命。

DC/DC字面意思就是直流转直流转换器。主要细分三种：降压型buck、升压型boost、极性反转型buck-boost。

DCDC分类较多，这里就不赘述它的原理，只分析特点。DC/DC可以有升降压两种形态，当输出电压大于输入电压时，只能用DCDC；当压差较大时，也只能用DCDC。另外，由于内部MOS管不断在饱和区和截至区来回切换，以致于DCDC的电源噪声很大，纹波大，使用的时候要注意选取输出电容。

2. 那么如何选择合适系统的电源呢？要根据系统和电源的特点来选取。

首先选择电源种类。LDO因为其特点，适用于输入输出相差不大的、负载不太重的（经验输出电流500MA以下）、降压电路上。前两个限定词是在限制电源发热，后一个是电源本身根本做不到。如果满足了这三个特点，首选LDO，因为它的输出性能优秀，纹波小，噪声低。对于那种输入输出相差较大的、负载重的、升压系统中，只要占了其一，就只能选用DCDC。而使用DCDC的时候，输出端会常并一个104电容，稍微滤一下纹波。但由于本身特点决定，纹波性能如何优化也不会比LDO好，开关频率越高的产品，纹波干扰越大。

选定类型了，就要根据负载能吃多少电流来决定电源的规格。计算的时候一定要留有余量。如果是主供电源，一定要算好每一条支路的功耗总和，再折算到输入端计算功耗，需要注意的是，一定要把效率算上。电源在不同的应用环境中的效率不太一样，多数的DC/DC可以达到75%以上，有的做的更加优秀的平均效率可以到80%甚至85%以上。所以这时候一定要看好规格书里的参数，最好是要看各种情况下的效率曲线，比干巴巴的数字要直观得多。

3.电源的摆放和走线的注意事项

所有的电源，如果可以的话，尽量不要菊花链接法，尽量要从源端拉出来供电，就像上图第一条路径上的，经过12V和中间级DCDC两级电源才到负载。这样做法的效率会很低。当然，这个是说的尽量，有的电路可能是只能通过两级转换才能用的就另当别论了。在PCB布线上也是如此，同一个电源接多个负载的时候，尽量从输入端拉线，而不要从中间拉线。输入电容和输出电容对于DCDC和LDO也都是必须的，具体选型要根据厂家的规格书来看，并且尽量跟厂家沟通，因为他们才是最了解自己产品的，不要怕麻烦而不去沟通。而经验来看，在电源输入端摆放一颗104电容是有必要的，越近越好。

4.PCB布局

PCB布局大概分两种，一种是原有磨具，我们需要套壳的；另外一种是硬件先行，根据主板出堆叠重新开模的。第二种相对来讲自由度比较高，但也是万变不离其宗，有了正确的思路，摆件就是自由的。

对于套壳项目来讲，连接器位置固定，那么只能是根据连接器位置调整各核心器件位置。连接器摆好后，摆件顺序跟下同。

对于重新开模的项目：

1）.首先要确定核心器件的摆放位置

2）.要摆好核心功能、易干扰器件位置

两点一起写是因为要根据具体情况决定先后顺序。

如果板子相对小，面积有限。就要优先放核心器件。先把套片放进去，这里的套片主要指的CPU、MCP、PMIC和TRANSCEIVER，有的简单方案可能会不同器件集成在一起，根据实际情况调整。套片先放进去，再根据走线顺畅度来摆放相对位置和方向。核心器件摆好以后，再根据核心器件位置，摆放易干扰器件位置。

如果板子空间相对大一些，那么首先就要确认核心器件、易干扰器件的位置。这里的核心功能、易干扰器件，在通讯设备上主要指天线：2/3/4G射频天线、2.4G/5G WIFI天线等各样的天线。

我们知道所有的射频信号都娇气得很，而天线尤为敏感，摸不得碰不得，不能绕线不能打孔。而通讯类设备，射频性能的好坏是一个硬性指标。你做了个手机，总不能打不了电话吧？你做了个路由器，总不能传不了数据吧？因此，这种又核心又易受干扰的器件和它的走线，一定要仔细再仔细。

拿到板子，首先把天线净空区留足够，挑选最好的位置摆放天线。两根天线的，主副天线尽量相隔远一些。然后再根据天线位置摆放套片。做到最短路径、远离高干扰器件（主要指开关电源）。

3）.确定电源位置

如果电源是集成在一起就是PMIC，如果分开的就是由LDO和DCDC分离摆放的。

PMIC摆放根据平台资料摆，主要就是远离天线和易受干扰的信号。

LDO摆放非常随意，因为它的纹波和辐射极小，不会造成干扰，所以采取就近原则，给谁供电摆谁旁边就好。

DCDC是个非常祸害人的家伙。性能强适用范围广决定它会被大量使用。但是它的污染是非常严重的，开关频率越高污染越强。所以DCDC一定要远离弱信号、易干扰信号摆放。并且一定要罩屏蔽罩！一定要罩屏蔽罩！一定要罩屏蔽罩！如果天线旁边摆了一个裸着的DCDC，那这个板子算是废了。。。

4）.确定各连接器接口位置

各接口根据最短路径来确定，走线怎么顺怎么摆。

5）.其他器件位置

最后剩下一些周边器件，或者功能器件，就看出线怎么顺怎么摆就好了，问题不大。

硬件系统的供电是硬件设计之初就应该重点考虑的问题。一个好的供电系统并不能在硬件中给人突出的惊艳感。但一个不合理的供电系统却会给整个硬件带来各种各样奇怪的问题，让你思路混乱，甚至不知道到底是哪里出现了问题。它就像空气，正常的时候，你从来察觉不到它的存在；一旦它不正常了，所有的设计都要推倒重来，导致整个硬件设计失败。