1、电子小产品设计与制作电子小产品设计与制作一 目的 通过本课程的学习可以使学生进一步掌握基本的相关理论知识，进一步提高实际动手能力，熟悉电子产品的设计方法及过程，强化分析问题与解决问题能力，提高创新意识的，逐步成为具有电子产品设计与开发能力的实践应用型人才。二 前提条件三 本课程需要模拟电路、数字电路、电子产品结构与生产工艺技术、protel99 SE，特别是protel99 SE，因此，希望大家认真复习上述课程。三 考核标准考核项目 比例（%）考核要求 项目实施过程 60项目实施过程的合理性与完整性，其中设计与制作各占50%实施结果 10项目完成情况 项目报告 20项目报告的书写准确性、规范性
2、和完整性 出勤率5质量意识和团队协作 5电子产品 电子产品领域非常广泛，基本上我们日常电子产品领域非常广泛，基本上我们日常生活都离不开电子产品，但电子产品到目生活都离不开电子产品，但电子产品到目前还没有明确的定义前还没有明确的定义.电子信息产品 电子信息产品污染控制管理办法第三条电子信息产品污染控制管理办法第三条第一款给出了电子信息产品的定义第一款给出了电子信息产品的定义 电子信息产品，是指采用电子信息技术制造电子信息产品，是指采用电子信息技术制造的电子雷达产品、电子通信产品、广播电视的电子雷达产品、电子通信产品、广播电视产品、计算机产品、家用电子产品、电子测产品、计算机产品、家用电子产品、电
3、子测量仪器产品、电子专用产品、电子元器件产量仪器产品、电子专用产品、电子元器件产品、电子应用产品、电子材料产品等产品及品、电子应用产品、电子材料产品等产品及其配件其配件 随着技术的不断发展，其概念将会不断扩展随着技术的不断发展，其概念将会不断扩展 电子产品的设计方法随着产品类型的不同而有所差别，但一般而言，它包含了以下几方面的内容：总体设计结构设汁可靠性设计工艺设计（略）标准化设计（略）质量控制（略）计量控制（略）电路设计电子产品设计概述电子产品设计概述 设计（Design）是一种创造活动，人类在创造社会物质文明的同时也促进了设计的发展。“设计”一词在日常生活和工作中经常使用，但人们对设计的概
4、念却较为模糊，含义也相对广泛。现代汉语词典中对“设计”的解释是：正式做某项工作之前，根据一定的目的和要求，预先制定方法、图样等。从上面的定义可以明确，设计是一个思维过程，是构思和创造，将设想以最佳方式转化为现实的活动过程。电子产品的设计就是根据课题的要求，以科学理论为依据，知识技能为基础，创新构思，将研究方案予以实现的过程。电子产品设计包括工程技术设计和结构造型设计两个方面的内容。设计人员不能只考虑电子电路设计而忽略结构造型设计，必须用市场的观念，站在产品的角度全面考虑。要根据已经提出的技术构想，制定出具体明确的完整方案。它与研究和开发相比，具有更明确的目标，更多的约束条件和方案选择余地。由此
5、可见，进行电子产品的设计，不仅要掌握过硬的电子专业知识，还要了解市场变化，懂得产品造型艺术，对视觉、触觉、安全、使用标准等各方面有详细的了解，设计人员应该把对这些方面的考虑与生产过程中的技术要求，包括销售机遇、流通环节和维修服务等有机地结合起来。此外，了解ISO-9000的质量认证和3C认证的相关法规也是十分必要的。这里要特别指出的是：产品设计是一种有目的的活动；设计以满足人们的需要为目标；设计以现代技术水平为条件。一、电子产品设计的要求 产品设计关系到众多要素，在设计中处理好它们相互之间的关系，是产品设计的关键所在，产品的设计对产品的性能、成本具有较大影响。电子产品设计时应按照“安全、可靠、
6、耐用、经济、美观、好造、易修”的要求进行。1.可靠性可靠性是指产品在规定的条件下，在规定的时间内，不出故障地完成规定功能的概率。产品的寿命取决于产品的可靠性，而产品的可靠性主要取决于设计中的可靠性。在现代设计中，可靠性是通过可靠性设计的方法来实现的。2.安全性在设计电子产品时要特别注意安全性的设计。世界各国都对电气产品有安全性的规定，例如美国的UL标准、加拿大的CSA标准、欧洲的IEC标准、日本的电气用品取缔法等，尤其是出口产品必须要取得进口国的安全认证才能输出。尽管各国对不同产品的安全标准规定不尽相同，但为了防止触电、火灾等事故的发生，都对绝缘材料、绝缘距离、认定元器件等有相应的规定。例如：
7、规定相邻电路间根据其电压差的等级应保持的空间距离；规定关键元器件必须使用被认定的产品；规定产品在任意元器件发生开路和短路故障时都不得有火焰产生等。3.实用性实用性好是指性能良好，操作、使用与维护方便。实用性是产品设计的目的。设计上应“形式服从功能”，遵循实用、合理、为消费者着想的设计原则。设计出的产品要物有所值，而不是华而不实。4.经济性设计的产品不仅要求有良好的性能，而且要求有较好的经济性。这就要求设计的产品在满足性能要求的基础上，结构简单、省工省料、生产成本低。例如：采用的元器件等级、加工精度等要与技术要求相适应，能用民品就不必用军品，不无谓地提高精度；当产品的寿命受到某种元件（如电解电容
8、器）的寿命制约时，其他元器件就不必要选用寿命过长的。5.工艺性工艺性是衡量设计质量的重要标志之一。美国专家对机电产品质量进行的分析表明，工艺性不良所造成的缺陷约占缺陷总数的20%。因此，产品设计要有良好的工艺性，要尽可能考虑到加工的方便、制造上的技术水平和设备的生产能力，尽量采用省时、省料、能降低制造成本和减少加工工序的工艺流程。6.标准化在产品设计中，要贯彻执行标准化、通用化、系统化的设计原则，积极采用国际先进技术标准。这可以简化产品结构和设计，提高零部件的通用性和互换性，节省开发时间，便于生产和维修。在产品设计中贯彻标准化，就要在产品结构上尽量少用非标准件，多采用标准件、通用件、通用电路和
9、标准单元结构；对零部件的形状、尺寸、精度、公差等要执行国家标准；所有技术文件都要符合统一规定。7.延续性产品设计中，尽可能采用原有产品中先进合理的部分及已掌握的生产技术和生产经验。这样不仅可以使原有的设备得以重复使用，降低产品成本；还可以减少设计工作量，缩短设计时间，加快开发进度。二、电子产品设计的一般步骤电子产品设计的基本步骤 在电子产品的设计过程中，尽管想象有时比程序更重要，但作为一项系统工程，必须按照一定的程序进行，它关系到一个产品能否成功诞生，甚至一个企业的命运，是设计能够科学而有效进行的重要保证。下面就设计的基本步骤进行简要介绍。1.设计问题的提出提出设计问题一般有两种方式，一种是设
10、计人员在生活中主动发现问题；另一种是设计人员接受他人（一般是上级主管）要求的设计任务，从而有了一个由别人提出但需要设计人员解决的问题。要解决问题，设计人员要与任务委托者（主管领导）商谈，要进行仔细的调查和深入的研究，并要弄清问题的梗概，即设计、制造什么？这样设计会产生什么样的结果？为什么要这样？2.设计的准备工作（1）设计目标定位设计问题提出来之后，经过认真的思考，从而将一个主导想法确定下来，即确定设计目标。设计定位是确定设计诉求的基点，没有定位也就无法使设计有的放矢地进行，也难以突出设计的个性，实现设计的目的。可以从以下两个方面对设计定位来进行思考：一是设计的目标对象是哪些人？另一个是他们对
11、设计的期望是什么？（2）针对问题收集信息设计目标确定之后，需要进一步收集与目标相关的信息和材料，其中包括直接和间接的信息，收集信息和材料的全面与准确关系到整个设计的成败。信息材料大致体现在人、物、环境、社会等四个方面。具体而言，主要有：用户的动机、需求、价值观念的材料；产品的制作材料与生产工艺技术资料；社会的经济环境和市场情况；竞争对手的相关材料；产品未来的发展趋势。3.设计的综合构思（1）分析消化信息 将收集到的材料归纳分类，深入地进行分析研究，以寻求问题的解决方案。（2）构思的形成 这就是把分析所得到的可能的解决方案与设计目标再进行对比考虑，然后提出设计方案的雏形。在这个过程中，创造性思维
12、和技法的运用十分关键。（3）构思的发展 构思的发展是对设计方案进行深入具体化，使设计创意得到全面体现的过程。在这个阶段，设计者要充分发挥自己的专业特长和表现力，使用各种设计技巧，形成许多系列的方案，常需拿出整机效果图、结构方框图、工作原理图、样机模型等。对设计项目进行全面具体的介绍，供任务委托者审阅。4.设计方案的审核 设计方案全部完成之后，设计人员应对方案进行最后的审核、以确定哪种方案为最佳。其中审核因素包括产品的功能、造型、技术、经济、审美等诸多因素，若有不够完善之处，设计者将再进行修改补充，然后将设计方案正式交付给委托者。5.设计实施监督 当设计方案的审核初步通过之后，为确保设计人员的设
13、计意图得以全面准确地实现，要求设计者要与企业生产技术人员和生产组织人员一起解决设计方案在实施过程中出现的问题。6.产品试制试用 当产品的产量确定后，先进行小量试制，以检验设计与生产设备等的配合问题。并将这些小量产品投放市场作短期试用，然后收集应用资料及消费者反映，再对产品设计作大量上市前的修改。7.导入市场 这个阶段并非所有的设计任务都必需，但有些设计则需要，如新产品设计。导入市场是产品设计的一个重要的程序，即设计人员以顾问的形式，围绕设计目标、市场定位和产品卖点，通过产品广告、展示等设计手段帮助产品顺利地导入市场。8.设计的全程管理 在设计方案经过生产制作投入市场之后，设计人员应该配合设计委
14、托者进行深入的跟踪调查，搜集反馈信息。如果发现设计中存在着不合理的因素，或者发现新价值的潜在需求动向，则需要对设计方案再进行改进调整，为下一步的生产、销售做准备。三、产品设计的一般方法1、顶层设计法2、底层设计法过程与底层设计法相反3、顶层与底层综合设计 实际工作过程中，一般首先采用顶层设计方实际工作过程中，一般首先采用顶层设计方法，根据产品的功能需求分解到各子功能模块，法，根据产品的功能需求分解到各子功能模块，并分配各子功能模块的技术指标。这一过程往往并分配各子功能模块的技术指标。这一过程往往需要经过从上到下和从下到上的反复论证、修改、需要经过从上到下和从下到上的反复论证、修改、优化才能满足
15、设计的要求。优化才能满足设计的要求。4、现代电子产品的设计方法EDA设计 电路设计一般包含模拟电路与数字电路。电路设计一般包含模拟电路与数字电路。模拟电路设计主要依赖于典型电路与功能模块。模拟电路设计主要依赖于典型电路与功能模块。模拟电路数字化的趋势更加明显。模拟电路数字化的趋势更加明显。数字电路的发展经过了分离元件，数字电路的发展经过了分离元件，SSLSSL、MSLMSL、LSLLSL、VLSLVLSL。数字电路设计经历了逻辑设计、数字电路设计经历了逻辑设计、CADCAD、EDAEDA。现代的数字系统广泛采用了基于芯片的现代的数字系统广泛采用了基于芯片的EDAEDA设设计方法。计方法。四、电
16、子产品设计的主要内容1 1、总体设计、总体设计 根据产品的设计任务、功能、性能的需根据产品的设计任务、功能、性能的需求，一般采用顶层设计的方法，分析产品应该求，一般采用顶层设计的方法，分析产品应该完成的功能，将总体功能分解成若干子功能模完成的功能，将总体功能分解成若干子功能模块，理清主、次功能的相互关系，形成总体方块，理清主、次功能的相互关系，形成总体方案。通过比较论证、修改、优化形成相对比较案。通过比较论证、修改、优化形成相对比较完善的最佳方案，同时提出有关结构、可靠性、完善的最佳方案，同时提出有关结构、可靠性、标准化、质量控制与监督、计量控制、工艺等标准化、质量控制与监督、计量控制、工艺等
17、方面的要求。方面的要求。总体设计中的几个注意点：（1）技术指标（2）产品使用环境（3）产品的环境指标：温度、器件的选取、湿度（盐雾）、三防、振动等。（4）关键元器件的采购渠道（5）元器件的老化、筛选（6）研制技术的风险 一个产品的研制，一般都会存在技术上的难点。总体设计在于尽可能利用成熟技术来实现产品的功能，以减小研制风险。对于技术上的难点，应首先进行预先研究，待技术成熟以后再转入后续的研制（7）产业政策与环境评估 2 2、结构设计、结构设计 所谓结构，包括外部结构和内部结构两部所谓结构，包括外部结构和内部结构两部分。外部结构指机柜、机箱、机架、底座、面分。外部结构指机柜、机箱、机架、底座、面
18、板、底板等。内部结构指零部件的布局、安装、板、底板等。内部结构指零部件的布局、安装、相互连接等。欲达到合理的结构设计，必须对相互连接等。欲达到合理的结构设计，必须对整机的原理方案、使用条件和环境、整机的功整机的原理方案、使用条件和环境、整机的功能与技术指标及元器件等十分熟悉。能与技术指标及元器件等十分熟悉。根据产品的总体要求进行结构设计时，应根据产品的总体要求进行结构设计时，应根据电子产品使用的温度范围、环境因素，设根据电子产品使用的温度范围、环境因素，设计合理的结构形式和布局计合理的结构形式和布局,考虑是否需要减震、考虑是否需要减震、“三防三防”等措等措施，特别是电路的散热问题施，特别是电路
19、的散热问题,设计设计合理的风道等。合理的风道等。因为：高温会引起电子产品的绝缘性能退化、因为：高温会引起电子产品的绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂、元器件损坏、材料的热老化、低熔点焊缝开裂、焊点脱落等。焊点脱落等。因此，必须采用合理的散热方式控制产品内部因此，必须采用合理的散热方式控制产品内部所有电子元器件的温度。所有电子元器件的温度。3 3、可靠性设计、可靠性设计 产品的可靠性设计方法，从表面上看都产品的可靠性设计方法，从表面上看都是技术问题，但实质上包含技术和管理两个是技术问题，但实质上包含技术和管理两个方面。首先要对产品的可靠性方面。首先要对产品的可靠性(MTBF(
20、MTBF）进行）进行预测，以确定是否满足总体要求。预测，以确定是否满足总体要求。4电路设计 电路设计一般都包含有模拟电路和数字电路，模拟电路设计主要依赖典型电路及功能模块。数字电路经过了由分离元件、SSI、MSI、LSI到VLSI的发展过程，随着计算机及大规模可编程器件的发展与成熟，数字电路的设计也经历了从最初的逻辑设计、计算机辅助设计到自动化设计几个阶段。并且随着高速大规模集成器件的迅猛发展，模拟电路数字化的趋势更加明显。电子产品的设计一般包含以下几个阶段（过程）：电子产品的设计一般包含以下几个阶段（过程）：1、论证阶段(提出研制总要求)2、方案阶段(制定方案论证报告下达任务书)3、研制阶段
21、(制定实施报告)4、验收阶段(出具验收报告)一、论证阶段一、论证阶段 1、外接研制项目：这一过程是由顾客（合同项目的需方）来组织实施的，主要工作是进行产品技术指标、总体技术方案的论证及研究经费、保障条件、研制周期的预测，形成研制的总要求。我们的主要工作是加强与顾客的沟通、交流，充分理解顾客的需求，并根据顾客的要求进行技术、经济及市场的可行性调研与分析，尽可能向顾客提供分析、论证报告。组织相关技术人员进行合同前评审，包括：产品研制的技术上的可行性 经费及研制周期是否合理 产品的环境评估（是否对环境造成影响）研制风险分析 通过合同前评审后可与顾客签订合同转入下一 阶段研制。研制总要求一般包括以下几
22、个部份：a)产品的功能指标；b)产品的主要技术指标及使用要求；c)初步的总体技术方案；d)研制周期及各个研制阶段的计划安排；e)总的经费及方案阶段经费的预算；f)研制分工的建议。2、自主研制项目：组织人员进行市场调研，分析市场的需求，提供市场调研报告，同时对相同或类似产品进行调研分析，提出产品研制的技术要求，组织相关技术人员对技术要求进行可行性论证，以确定产品的技术要求、经费需求、研制周期预测等，形成项目研制的可行性报告。在此基础上形成项目研制的建议书，报有关部门批准后转入下一阶段。二、方案阶段二、方案阶段 安排专门的人员或（一般为总体人员及相关的技术人员）或部门来组织实施。一般需要任命产品研
23、制的负责人，全面负责方案的论证工作。根据研制总要求，产品负责人组织对方案进行论证、验证等工作，开展关键技术的攻关，并根据方案论证工作的需要进行必要的仿真、验证工作，为产品的设计方案的制定提供技术支撑 制定研制方案论证报告 研制方案论证报告进行相关的评审后上报有关方面批准研制方案论证报告一般包括下主要内容 a)产品总体技术方案及系统组成；b)对主要技术指标调整的说明；c)可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性及标准化的控制措施；d)关键技术解决的情况及进一步的措施；e)产品的性能、成本、进度及风险分析的说明；f)产品的成本和价格的估算。依据研制方案论证报告及研制总要求，制定研制任务书，上报有关部
24、门批准后转入下一阶段的研制三、研制阶段三、研制阶段 产品研制负责人根据研制任务书，组织产品的实现策划，编制以下产品研制的策划文件：a)产品研制的计划；b)产品研制的质量计划；c)产品研制的质量监督计划；d)产品研制的实施计划；e)产品的可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性计划；d)产品研制的风险评估报告 组织对总体技术方案进行细化，编写产品的研制实施方案，评审上报批准后实施 实施方案一般包括以下内容 a)总体技术方案及系统（设备）组成，主要功能指标及使用要求的说明；b)功能模块（分机）技术方案；c)关键技术突破情况及进一步解决措施；d)软件结构框架；e)内、外接口关系；f)结构设计框架；g)
25、主要配套件落实情况；h)可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性要求；i)产品成本及价格估算；j)产品性能、成本、进度、风险的分析说明。产品负责人根据产品的实施方案，编制下发产品设计的输入文件 主要包括：a)标准化大纲；b)元器件大纲（必要时）；c)设计统一要求（电气、结构等）；d)“五性”大纲或工作计划（可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性）；e)分机设计任务书；f)结构设计任务书；g)软件开发任务书；h)软件开发计划；i)软件质量保证计划；j)软件配置管理计划；k)软件需求说明。相关技术人员根据以上输入文件，开展电路的设计和专题研究、试验，进行可靠性、维修性的设计和预计分配，完成技术报告
26、完成技术报告主要包括以下内容 a)技术设计报告；b)结构设计报告；c)电磁兼容设计报告（注：也可作为设计报告的一章）；d)故障自检系统（BIT）设计报告（注：也可作为设计报告的一章）；e)软件设计文档（可分为软件概要设计说明、软件详细设计说明）；f)五性设计（可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性）报告；g)功能特性分析报告；h)关键件（特性）、重要性（特性）项目明细表；i)关键技术研制及试验结果报告；j)辅助、配套设备（如模拟器等）研制情况报告（无辅助、配套设备此项可免）；k)主要电路图册；l)主要结构图；m)主要接线图、线缆连接图；n)整机外协、外购器件清单；o)整机成本及价格预算。试制加工按照评审通过的图纸进行 完成的主要工作：编制工艺文件，完成工艺评审 设计和制造必需的工艺装备 进行元器件的采购和必要的筛选 完成零部件的加工，检验、装配 同时进行电路的调试、试验及验收 产品研制结束后一般需提供以下文件 产品的总技术条件；图纸资料齐套；检验及各种必须的试验报告 四、验收阶段四、验收阶段 产品研制完成后，由顾客或相关的专家组成验收组 对产品的性能指标进行全面的考核，以确认其达到研制任务书的要求 出具验收报告
