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三相变频电源系统方案设计阶段的准备工作有哪些

在开始动手画原理图之前,需要做需求分析,专题分析等等工作。但是在真正开工之前,有反复的三相变频电源系统方案设计的迭代过程。也有一些不是研发出身的老板跟我抱怨,硬件三相变频电源系统设计工程师让结构先设计、结构三相变频电源系统设计工程师说硬件三相变频电源系统设计工程师应该先给大致的需求,不知道应该谁先动。

        工欲善其事,必先利其器是说:工匠想要使他的工作做好,一定要先让工具锋利。比喻要做好一件事,准备工作非常重要。语出《论语·卫灵公》:子贡问为仁。子曰:“工欲善其事,必先利其器。居是邦也,事其大夫之贤者,友其士之仁者。”  这个准备工作,当然不只是指工具,还有动手之前的策划、思考、评估、三相变频电源系统方案设计、架构设计等。

   硬件三相变频电源系统设计工程师动手画原理图之前,需要画的一个东东就是,用“猥琐”(Visio)画出电路板三相变频电源系统方案框图。

当然,每个三相变频电源系统设计工程师都有自己的喜好。有的人喜欢用Visio、有的人喜欢用PPT,这都无所谓。关键是这个电路板的框图不是简单的拍脑袋就出来的。

它的诞生,就是一个电路板三相变频电源系统方案设计的过程。如果这个阶段拍脑袋、回板就会拍大腿,最后只能拍拍屁股走人了。


那么我们如何能够完成一个电路板的三相变频电源系统方案设计过程呢?除了凭借我们的经验,还有什么是我们需要做的呢?

【步骤一、建立归档文件夹,明确归档计划】


建议自建SVN的云服务器,讲需要归档的文件夹,按照本企业或者本项目的需求进行设立需要的文件夹。这些自然就是我们在产品研发完成一个完整的产品,需要产生和考虑的所有维度、需要归档的所有内容的纲领。

github或者内网文件夹共享其实都可以,但是github速度不快有点影响设计效率,内网文件夹不便于版本管理,当服务器出现故障会影响整个团队的开发,也不便于移动办公。


【步骤二、建立问题跟踪机制】

        之前的系列,我们专门说过问题跟踪,我们针对当前项目,需要建立例会的制度,根据人员情况和人员的素质不同,需要有针对性的进行例会。可能是每天晨会、也可以是每周例会,灵活把握跟踪频度。

       但是我们需要针对项目建立该项目的问题跟踪表格,便于整个项目过程中所有出现的问题,跟踪闭环,避免问题跟踪出现遗漏。

       

当然我们还可以计算更复杂的表格,以前我们做个一个表格可以计算每个任务的完成提前、拖延的天数,可以作为KPI进行考核。(这个做法不提倡)


【步骤三、需求跟踪】

在华为、这个部分会由SE(系统三相变频电源系统设计工程师、system engineer不是stupid engineer)进行分解分配。硬件三相变频电源系统设计工程师根据分解分配结果对照检查,并创建单板需求跟踪表。跟踪表完成后需召集SE、整机结构、产品工程工艺(PCB Layout三相变频电源系统设计工程师、工艺三相变频电源系统设计工程师)、生产、测试、软件等周边人员评审归档。

当然,我们从来都是期望需求能归档之后不再修改。但是我们在设计过程中会发现会不可避免的进行修改。但是我们在TR3之后是应该禁止修改的,如果在TR3之后增改需求,所有的需求变更需要通过CR(需求变更电子流)进行跟踪。

从硬件稳定的角度来说,越在项目的后期,需求的变更带来的影响越大,带来的设计变动,对质量的影响越大。但是随着敏捷的思想,以及客户需求可能在硬件长周期过程中的变化,很多场景我们不等不去变更需求。

序号

各阶段简介

备注

1

Charter  

责任主体:Marketing团队和SE

主要工作:Charter需要回答这些问题:版本的Top  N需求和主要竞争需求,主要目标客户,完整的包需求,版本的里程碑时间点,应用的时间窗口以及在版本火车中所处的位置

2

Charter-TR1

责任主体:SE团队,同时Marketing配合完成需求的细化、澄清和修订。

主要工作:输出设计需求(包括每个需求的输入、输出参数,并输出低保真界面原型)

3

CDCP

责任主体:

主要工作:近年来大部分项目都裁剪,具体作用不明

4

TR1-TR2

责任主体:SE团队

主要工作:输出是设计规格(接口设计、高保真界面原型)

5

PDCP

责任主体:开发代表

主要工作:代码规模、关键时间点和人力需求。质量目标、SOW(工作任务书)

6

TR2-TR3

责任主体:开发组

主要工作:需求规格说明书(SRS);系统测试用例(STC)、概要设计(HLD)、集成测试用例(ITC)

需求的分析和理解往往不可能一步到位,研发人员的理解也有可能不能非常准确理解现场场景。所以需求跟踪完成之后,需要进行两轮的需求的串讲、反串讲。(串讲,是指需求发布者与开发者讲解,反串讲是指开发者理解需求之后,对需求发布者进行讲解)。

需求反串讲,是设计者向SE、项目经理等角色逐条讲解硬件需求,形成统一的认识。对于已有实现三相变频电源系统方案的需求,讲解要包含三相变频电源系统方案。串讲和反串讲一定要让SE/软件/测试领域全程参与,提出的问题要在详细设计开始前全部解决闭环。


【步骤四、关键器件分析】

我们研发一个新项目的时候,不可避免的会使用我们没有使用过的器件,甚至是整个公司都没有使用过的器件。

我们根据设计需求选定了基本三相变频电源系统方案之后,需要对新器件、关键器件进行应用分析,输出应用分析报告,并召集相关人员、管理者、有经验的三相变频电源系统设计工程师进行评审和分析。

三相变频电源系统方案分析过程中需要参考和更新器件的Bug List和设计注意事项。同时收集案例,并给出应对解决措施,提前预防已知问题。

关键器件不仅仅局限于新引入的器件,还包括复杂的器件、开发人员及项目组经验积累都不足的器件。

这个关键器件的分析,我们需要对器件的datasheet进行分析、寻找并Demo板、查阅厂家的errata,寻找已经产品化或者已经完成过的设计,部分电路的改动,需要动手做电路实验、或者做电路仿真,进行验证。


【步骤五、预布局及结构设计】

我们根据需求,明确了必要的功能、性能、然后明确了关键器件,也就是电路板上面大功率器件、新器件、复杂器件都已经敲定了。那么我们可以做一个预布局,明确电路板尺寸,形状的大致想法。

我们为了实现一个准确的预布局,需要输出一个预布局原理图,要求原理图至少包含主要器件、电源、热敏感器件和接插件。

预布局需要把电路板的信号流向、器件功能、主要器件的电源管脚分布、整个电路板的电源的基本分布和流向。

然后把相关的诉求,提供给ID三相变频电源系统设计工程师,给一个基本的ID设想,然后由结构三相变频电源系统设计工程师进行结构设计的细化。

如果是成熟的机框,则这个过程相对简单一些,例如ATCA、VPX这种标准机框。一些个人消费电子产品这个过程反复的可能性非常大。

为了避免这个过程,硬件三相变频电源系统设计工程师在完成初步的预布局,之后应该把自己的设计诉求,全部记录在《结构要素图设计说明书》中,提供给结构和ID三相变频电源系统设计工程师。

三相变频电源系统方案设计阶段的准备工作有哪些

【步骤六、散热评估】

硬件三相变频电源系统设计工程师需要提供单板布局和器件热耗(功耗)表、各器件散热参数。数字器件要注意提供尽量准确的功耗数据,特别是DDR/FPGA等器件要根据使用场景进行计算。提供的器件的功耗需要准确,避免过设计,也避免散热风险。


【步骤七、新器件导入评估】

在华为,一个新器件的导入是非常复杂的,我们不在华为,选择新器件,也需要谨慎选取,并做相关评估。

这个其实应该是一个sourcing的过程:我们不但需求考虑新器件功能是否满足我们的需求,同时需要考虑:可靠性、可采购性、成本、焊接工艺、功耗、散热等维度。


【步骤八、背板管脚分配、板间FMEA分析】

我们需要根据背板标准,分配电路板的管脚。如果是新设计背板,需要考虑背板连接器的成本、速率、数量。

在产品设计阶段,FMEA针对所有板间信号/关键器件展开分析,可确保无故障遗漏。用以分析所有故障影响,同时做到优化故障管理能力。在这个过程中存在着两个标准,那就是对于严重故障,要求尽最大可能避免;对于需要处理的故障,要求能够监测并定位到现场置换单元(FRU,Field Replacement Unit)。


【步骤九、归一化分析】

归一化作为DFx的一项内容,需要硬件特别关注。每个产品需整理自身的BOM归一化器件清单,常用器件选型只能在归一化清单中选择。归一化清单为本企业或者本部门使用过的器件或者采购过的器件。

尽量减少器件种类,有效减少器件种类、不但降低管理成本、同时也降低加工和采购成本。


【步骤十、可重用性分析】

所有单板都要进行可重用性分析,包含三方面内容:

1、本单板可重用的已有电路;

2、本单板希望能够重用的电路;

3、本单板完成开发后,可提供其它项目重用的电路。


【步骤十一、早期BOM审查】

1、三相变频电源系统方案确定后就把已确定的关键器件,通过采购进行关键器件的意见反馈。

2、所有非常规器件、非主流器件、器件必须逐一和采购进行确认,详细评估风险,有风险的器件要选择替代三相变频电源系统方案。

3、有关键器件在设计过程中变更时,还需要与采购人员进行确认。


经过上述十一个步骤

1、我们选定了关键器件、并进行了预布局、明确了结构的设计,排除了可行性、采购、可靠性、散热方面的风险。

2、通过需求跟踪,确保所有需求能够在设计中落实,最终设计的产品符合客户的需求。

3、通过归一化、可重用性分析,提升了整体的设计效率,并且隐性的提升了设计质量。

4、通过《问题跟踪表》、建立《归档文件夹》,确保了交付的项目管理。

完成这些准备工作之后,我们的电路原理框图、电路原理图的设计才是让人安心和可靠的。

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