硬件产品原型设计工具(产品设计方案大观园(二):硬件设计篇)

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)。联通大流量卡

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. 模块间联通大流量卡接口说明

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,除满足联通大流量卡必须的功能需求,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:描述各模块应联通大流量卡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联通大流量卡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,可以选择外购联通大流量卡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:联通大流量卡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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