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高速电路设计属于硬件设计，对从事高速电路设计的工程师而言，需掌握从需求分析到大规模生产的各个环节。本小节将简单地对这些环节进行介绍，本节内容虽不针对高速电路设计，但却是高速电路设计者必须了解的。
硬件设计的流程分为以下几个步骤：需求分析、概要设计、详细设计、调试、测试、转产。
需求分析是硬件设计的第一步，也是最关键的一步。在需求分析阶段，只有充分地理解了客户的需求，才能有针对性地开展器件选型、方案规划等工作。
需求的种类很多，与硬件开发相关的有以下几类。下文以某以太网产品的需求分析为例，进行简单的介绍。
（1）整体性能要求：如数据包转发能力、处理延时、最高处理带宽、CPU 处理能力等。针对这些要求，可初步进行CPU、存储器、交换芯片等器件的选型。
（2）功能要求：如 QoS（Quality of Service，服务质量）、各类以太网相关协议的实现等。针对功能要求，可对多个厂家提供的交换芯片等器件做进一步细分，筛选能满足所有功能要求的器件。
（3）成本要求：成本分析是需求分析中重要的一步，在满足客户需求的前提下，尽可能地降低成本，是硬件工程师的重要职责。在成本的分析中，应计算各套方案下单板的总成本，在某些场合，还需计算单个用户接口的成本。例如，某客户提出的需求是 1000 个以太网接口，针对该需求，提出了两套方案，分别是单块业务板提供 24 和 48 个接口，相对前者，后者对 CPU 和存储器的要求比较高，在这种情况下，计算单个接口的成本比计算整个单板的成本更有意义。
（4）用户接口要求：如接口的种类、数目，指示灯及其规范、复位键、电源按钮等。同时，该类需求还包括与用户操作相关的要求，如对单板状态的在线监控等。这类要求多着眼于细节，不大会影响关键器件的选型，但若忽略了其中的某一项，即可能导致整个产品的失败。例如，某产品的用户面板上提供有主、备两个串口，分别标识为“Master”和“Slave”，由于“Slave”在英文中有奴隶的含义，违反了某些地区对电子产品标识的规定，导致该产品在这些地区无法销售。
（5）功耗要求：功耗要求是单板上电源功率分配的依据，涉及电源架构的设计、电源电路器件的选型。
某以太网产品的需求分析报告如表1.1所示。
表1.1 某以太网产品的需求分析报告
针对表 1.1，补充说明一点，表中所计算得到的单口成本并未考虑机框、用户机房占用面积的成本，方案1和方案3的单口成本低于方案2，但方案2中，单块单板拥有更多的接口数目，因此，相对另外两种方案，更能节省机框和机房面积的成本，在这种情况下，又需要结合总成本来考虑。
需求分析阶段的工作是制定设计的大方向，不能忽略细节，但也不能拘泥于细节。需求分析阶段的工作并不是哪一个特定工程师的工作，而应由项目经理、系统工程师、电子设计工程师、软件工程师、逻辑工程师等协作完成。
从概要设计阶段开始，软件、硬件工程师开始分头工作，本小节只讨论硬件方面的工作。
硬件概要设计的主要任务是设计系统框图、关键链路连接图、时钟分配框图等，并制定电源设计总体方案，对信号完整性及 EMC 的可行性、结构与散热的可行性、测试可行性等环节，做初步的分析。在这一阶段，需要电子设计工程师、电源工程师、信号完整性工程师、结构与热设计工程师、EMC工程师、测试工程师等协同工作。
需求分析的目标是选定一套最佳的方案，确定关键器件及总体架构，而概要设计则是对该架构做进一步的细化，在概要设计阶段，与硬件设计相关的各部门工程师开始介入并做可行性分析，若发现总体方案的某些方面不可行，应回馈给项目经理，重新进行需求分析，并更改方案。因此，可以认为，需求分析和概要设计这两个阶段是螺旋形前进并不断反复的过程。
概要设计完成后，单板的总体框架已经确定，则在详细设计阶段需要完成的工作是，基于该框架，将每一个部分细化。以下简要地介绍各职能部门工程师的职责。
电子设计工程师负责各个总线接口信号的定义，CPU 存储空间分配，时钟、复位电路器件选型及其拓扑结构，中断链路拓扑结构，电源电路的详细框图（需注明各路电源的产生方式、电压值、电流值等），关键电源的滤波方式，逻辑器件功能及其寄存器说明书，面板上用户接口的定义及接口信号连接关系，指示灯器件的选型及其连接关系，最后绘制原理图并产生物料清单。在详细设计阶段的后期，应开始测试计划的制订。
根据电子设计工程师提供的原理图及对应的网表，结合信号完整性工程师提供的走线规则和层叠结构，完成PCB的设计，并生成可供工厂生产使用的文件。
根据电子设计工程师提供的详细设计文档，同时根据板内高速信号的信号质量及时序要求，设计 PCB 层叠结构，基于前仿真的结果定义信号的走线规则，在 PCB 走线完成后，对高速信号进行后仿真以初步验证信号完整性，对关键电源做电源完整性仿真，向电子设计工程师提供关于电源滤波的参考意见，最后协同电子设计工程师，共同完成测试计划的制订。
根据电子设计工程师提供的逻辑器件说明书，编写逻辑器件的代码及测试代码，并进行相关的仿真。
根据电子设计工程师提供的各关键器件的电源电压及电流值，汇总得到各类电源的总功耗需求，根据该结果，进行电源器件的选型及电源架构的设计。同时，对较复杂的电源电路，电源设计工程师还应给出推荐的电源电路和滤波方案。在调试和测试阶段，电源设计工程师负责协助电子设计工程师完成电源电路的调试与测试。在电源电路不是特别复杂的情况下，往往由电子设计工程师兼任电源设计工作。
根据电子设计工程师提供的用户面板信息以及 PCB 设计工程师提供的 PCB 尺寸、定位、安装等信息，设计PCB的机械图，制定PCB的限布区（禁止布放器件的区域）和限高区（禁止布放超高器件的区域），在PCB上设定安装孔的位置，同时还负责面板的设计。这些设计图和数据将成为PCB设计的重要输入信息。
根据电子设计工程师提供的各器件总功耗，器件布放位置及器件的高度，进行热方面的仿真，结合仿真结果完成热设计，如散热片的选型、风道的规划、温度传感器的布放位置等。同时，热设计工程师应将单板的温度散布区域图提供给电子设计工程师，以作为 PCB布局的参考。
根据电子设计工程师提供的用户接口信息、高速信号的速率和分布区域，以及 PCB设计工程师提供的 PCB 层叠结构，定义高速信号走线规则、用户接口防护方案等。需要说明的是，信号完整性工程师和 EMC 设计工程师都会对高速信号的走线规则做出定义，两类走线规则可能会有冲突，此时应由电子设计工程师负责与这两位工程师协商，确定最终的规则。
测试工程师包括边界扫描设计工程师、ICT 工程师（ICT 指在线测试，将在第 8 章介绍）、硬件测试工程师。前两类有专门的职能部门，一般不由其他工程师兼任，而硬件测试工程师往往可以由电子设计工程师兼任。
边界扫描设计工程师和 ICT 工程师根据电子设计工程师提供的原理图、器件资料，前者负责完成边界扫描链路的设计和程序的编写，后者负责完成 ICT 夹具的设计和程序的编写。需注意，由于 ICT 夹具的制作成本较高，在硬件设计稳定之前，一般不会完成夹具的设计，因此对一块新设计的单板而言，在前几版的生产中，一般无法使用ICT测试。
硬件测试工程师根据电子设计工程师提供的原理图，进行可测试性分析，汇总需要测试的信号，并辅助PCB设计工程师，为各信号添加测试点。
产品工程师是设计部门与生产部门沟通的纽带。根据电子设计工程师提供的物料清单，产品工程师检查各器件的厂家生产状况、生产部门备料情况，做出更换、推荐器件的建议，并将结果反馈给电子设计工程师。PCB 设计完成后，产品工程师负责检查 PCB 设计是否符合可生产性、可加工性的规定，对违反规定的设计，提出修改建议，并反馈给 PCB 设计工程师。
在这一阶段，软件工程师应开始软件的详细设计，但同时，还应与电子设计工程师协同工作，确定 CPU 速率、复位逻辑、中断拓扑、各器件之间的互连接口、用户监控等信息，以使软件设计与硬件设计相匹配。
由以上职责描述可知，在硬件详细设计阶段，电子设计工程师除负责电路设计外，同时在各部门间还发挥了协调的作用。电子设计工程师的输出，将作为其他各部门的输入，而其他各部门的输出，又成为电子设计工程师的输入，环环相扣。因此可以说，一个成功的硬件设计是一个有机的整体，需要多部门工程师的协调工作，任何一个环节出错都可能导致整个设计的失败。
单板从工厂生产加工完成后，回到研发部门，由电子设计工程师、逻辑设计工程师、电源设计工程师、软件工程师协同进行调试。
对第一次回到研发部门的单板，首先需要做的是验证是否存在电源短路现象。例如，某块单板有以下几种电源：3.3V、2.5V、1.8V、1.2V，则调试阶段的第一个步骤就是验证这些电源是否与 GND（单板上的信号地）发生了短路，以及各电源之间是否发生短路。对电源保护设计不完善的单板，这一步骤尤为重要。
第二个步骤是对单板上可编程器件程序的加载。
其后，对电源电路、逻辑设计、时钟和复位电路等功能模块的调试可并行进行。
当以上功能模块的调试通过后，可开始测试流量。流量测试是验证单板上各部分电路协调工作的最佳工具，在这一步，除长时间正常流量的测试外，还需人为地模拟一些可触发中断等告警功能的流量，以对相应功能模块进行验证。
测试是对设计进行验证的重要阶段。硬件测试工程师是这一阶段的主要负责人，其关键输入为详细设计阶段后期电子设计工程师拟定的测试计划。
（1）测试设备列表。列出测试中所需仪器的型号和数目，如电源、示波器、探头、万用表、信号发生器等。
（2）测试环境的搭建图。绘制测试仪器与被测单板的连接示意图，若测试中需要以太网口、串口等线缆的连接，示意图中还需标明线缆的规格、线缆连接的方式及对应端口的地址。
（3）电源测试。测试各电源的电压及电流（针对空载和满载两种情况）、纹波、噪声、上电顺序、下电顺序。
（4）各接口信号的信号完整性与时序。在测试计划中，应列出待测信号的网络名、时序要求等。
（5）各通用接口的功能测试。通用接口指I 2 C、RS-232等标准接口，在测试计划中应列出各接口的访问地址及测试代码。
（6）复位链路的测试。
（7）晶振、时钟驱动器、锁相环等与时钟相关的测试。测试时钟信号的频率、上升/下降边沿时间，对关键时钟信号，还应借助温箱，测试环境温度变化时时钟频率的稳定度。需注意，不推荐利用示波器测试时钟频率，而应采用专门的频率测试仪进行测试。
（8）指示灯、单板在位信号、槽位号等杂项的测试。
（9）流量的测试。测试计划中应列出流量测试的数据流向图，测试代码、测试时间、误码率要求等。
除以上常规测试外，在测试计划中还需包括某些强度测试的测试项。不同类型的单板有不同的强度测试项，以下仅举一些通用的例子。
（1）电源监控功能的测试。例如，通过强制将电源电压调整超出监控的阈值，判断监控电路是否报警。
（2）极限环境的测试。例如，调整板上电源输出电压到最高、最低极限值，调整温箱的温度变化率，在这些极限环境下对流量进行测试。
若单板上包括有某些特定用户接口，如以太网电口、光口，光传输的 E1、T1 等端口，都需要根据接口所对应的标准规范，验证接口是否满足规范的要求。
在测试阶段，硬件测试工程师的职责是按照测试计划书一项一项地测试，并将结果反馈给电子设计工程师，针对测试所发现的问题，提供相应的更改意见。
在调试和测试完成后，硬件设计的最后一个阶段是将与生产相关的资料转给工厂，以便工厂开始大规模批量生产。
在这一阶段，ICT 工程师的测试夹具和代码也应完成并提供给工厂。此时，电子设计工程师的职责是将单板知识和测试技能传授给工厂的测试人员。
理解要点：
① 硬件设计流程包括以下几个阶段：需求分析、概要设计、详细设计、调试、测试、转产。
② 一个设计的成功，需要来自多个部门的工程师通力合作。