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硬件工程师到底需要做什么，这五大方面不可不知
硬件工程师到底需要做什么，这五大方面不可不知
贸泽电子设计圈 发表于
硬件工程师到底需要做什么，这五大方面不可不知
贸泽电子设计圈 发表于
时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与大家一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。
在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性、EMI、PS设计准会把你搞晕。
别急，一切要慢慢来。一个硬件工程师到底需要做什么，读完这篇文章，相信你就懂了。
其实搞硬件主要体现在这几方面，当然这是俺的总结，供大家参考：
1）总体思路。设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板。
2）理解电路。如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了（包括前期设计和后期调试）。马上就copy？NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。
3）没有找到参考设计？没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。
4）硬件电路设计主要是三个部分，原理图、pcb 、物料清单（BOM）表。原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。
pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表（网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁），而将具体的元器件的封装放置在电路板上，然后根据飞线连接其电信号。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。
5）用什么工具？Protel，也就是altium容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。
补充一下，其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的（protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept & allegro 是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因）。
设计大环节都要有：
1）原理图设计。
2）pcb设计。
3）制作BOM表。
现在简要谈一下设计流程（步骤）：
1）原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等区别。
2）有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要求，通过wire把相关元件连接起来。
3）做完这一步，我们就可以生成netlist了，这个netlist是原理图与pcb之间的桥梁。
4）得到netlist，马上画pcb？别急，先做ERC先。ERC是电气规则检查的缩写。它能对一些原理图基本的设计错误进行排查，如多个output接在一起等问题。
5）从netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和数不清的飞线是不是让你吓了一跳？呵呵，别急还得慢慢来。
6）确定板框大小。在keepout区（或mechanic区）画个板框，这将限制了你布线的区域。需要根据需求好考虑板长，板宽（有时，还得考虑板厚）。
确定完板框之后，就该元件布局（摆放）了，布局这步极为关键。它往往决定了后期布线的难易。哪些元器件该摆正面，哪些元件该摆背面，都要有所考量。
但是这些都是一个仁者见仁，智者见智的问题;从不同角度考虑摆放位置都可以不一样。其实自己画了原理图，明白所有元件功能，自然对元件摆放有清楚的认识（如果让一个不是画原理图的人来摆放元件，其结果往往会让你大吃一惊^_^）。对于初入门的，注意模拟元件，数字元件的隔离，以及机械位置的摆放，同时注意电源的拓扑就可以了。
接下来就是布线。这与布局往往是互动的。有经验的人往往在开始就能看出哪些地方能布线成功。用DRC检查检查先，这是一定要检查的。DRC对于布线完成覆盖率以及规则违反的地方都会有所标注，按照这个再一一的排查，修正。
结下来，要装配pcb，准备bom表吧，一般能直接从原理图中导出。但是需要注意的是，原理图中哪些部分元件该上，哪些部分元件不该上，要做到心理有数。对于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便。
而对于新手而言，第一个版本，不建议直接交给装配工厂或焊接工厂将bom的料全部焊上，这样不便于排查问题。最好的方法就是，根据bom表自己准备好元件。等到板来了之后，一步步上元件、调试。
1）拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供电看功能，硬件调试不可能一步调试完成的。先拿万用表看看关键网络是否有不正常，主要是看电源与地之间有否短路（尽管生产厂商已经帮你做过测试，这一步还是要自己亲自看看，有时候看起来某些步骤挺繁琐，但是可以节约你后面不少时间！），其实短路与否不光pcb有关，在生产制作的任何一个环节可能导致这个问题，IO短路一般不会造成灾难性的后果，但是电源短路就。
2）电源网络没短路？那么好，那就看看电源输出是否是自己理想的值，对于初学者，调试的时候最好IC一件件芯片上，第一个要上的就是电源芯片。
3）电源网络短路了？这个比较麻烦，不过要仔细看看自己原理图是否有可能这样的情况，同时结合割线的方法一步步排查倒底是什么地方短路了，是pcb的问题（一般比较烂的pcb厂就可能出现这种情况），还是装配的问题，还是自己设计的问题。关于检查短路还有一些技巧，这在今后登出。
4）电源芯片没有输出？检查检查你的电源芯片输入是否正常吧，还需要检查的地方有使能信号，分压电阻，反馈网络。
5） 电源芯片输出值不在预料范围？如果超过很离谱，比如到了10%，那么看看分压电阻先，这两个分压电阻一般要用1%的精度，这个你做到了没有，同时看看反馈网络吧，这也会影响你的输出电源的范围。
6）电源输出正常了，别高兴，如果有条件的话，拿示波器看看吧，看看电源的输出跳变是否正常。也就是抓取开电的瞬间，看看电源从无到有的情况（至于为什么要看着个，嘿嘿。。.专业人士还是要看的～）
另外，提醒大家的是，高速看的是信号沿，不是时钟频率。
1） 一般而言，时钟频率高的，其信号上升沿快，因此一般我们把它们当成高速信号;但反过来不一定成立，时钟频率低的，如果信号上升沿依然快的，一样要把它当成高速信号来处理。
根据信号理论，信号上升沿包含了高频信息（用傅立叶变换，可以找出定量表达式），因此，一旦信号上升沿很陡，我们应该按高速信号来处理，设计不好，很可能出现上升沿过于缓慢，有过冲，下冲，振铃的现象。比如，I2C信号，在超快速模式下，时钟频率为1MHz，但是其规范要求上升时间或下降时间不超过120ns！确实有很多板I2C就过不了关！
2）因此，我们更应该关注的是信号带宽。根据经验公式，带宽与上升时间（10%~90%）的关系
以上是俺的一些经验分享，希望对大家有些帮助。
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【楼主读书少你们别骗我】 【你们都很专业】都在日常码农，没人说硬件工程师？硬件设计师挪牛
整理时间: 13:09 来源: 作者:编辑 点击:次
【楼主】 13:49&
都在日常码农，没人说硬件工程师？硬件设计师挪牛
&&&&反正在我这个单位，软硬件都做，硬件工程师收入比码农普遍高一到两成，你要是再会两手软件，直接主管职位走起。而且硬件工程师似乎不像码农那样需要不停的学习，因为硬件再怎么更新换代，基本的接口还是那几个。
&&&&为何都在日常码农呢
&&&&网友评论 13:51
&&&&硬件工程师3个月培训之后可以上岗吗？
&&&&网友评论 13:51
&&&&你们单位的硬件师这么流弊，AMD知道么？
&&&&网友评论 13:53
&&&&硬件设计师比软件设计师，门槛高点儿吧
&&&&说实话我觉得软硬件门槛都高，不知道为啥码农被说得好像一个月从0能教到上岗= =
&&&&可能因为我是学这个的，觉得都难的缘故= =
&&&&网友评论 13:56
&&&&硬件现在换代很慢? 光是嵌入式设备从MIPS大规模转向ARM这就已经够要命了吧?
&&&&从总线到IP核整个全换了, 不每天学新的就是和辞职没差别了.
&&&&网友评论 13:57
&&&&码农上大学那会都被模电和数电虐过，部分还被微机原理虐过，所以码农觉得偏硬比偏软要拧！！
&&&&网友评论 13:57
&&&&大一刚开学没多久，学院大会上，老教授就说硬件难学，但学好了绝对牛逼
&&&&网友评论 13:57
&&&&因为他们觉得用shell于敲个cd ..就是编程
&&&&网友评论 13:58
&&&&硬件出身的路过，除了编程，还要会画电路板，做板??硬件的功能都是要靠电子元件来实现的?个人认为比软件要高上那么一点点??不喜欢编程的已转行??
&&&&网友评论 14:00
&&&&不会看电路的大水比硬件工程师
&&&&网友评论 14:00
&&&&先把模电学好
&&&&然后你就懂了
&&&&网友评论 14:00
&&&&硬件比较难上手，要变大牛也得十年磨一剑，特别是高频
&&&&网友评论 14:01
&&&&大学学硬件，现在做码农的表示，再也不想弄玩意。。。。
&&&&网友评论 14:02
&&&&Reply Post by 铃仙毒药因幡 ( 13:53):
&&&&硬件设计师比软件设计师，门槛高点儿吧
&&&&说实话我觉得软硬件门槛都高，不知道为啥码农被说得好像一个月从0能教到上岗= =
&&&&可能因为我是学这个的，觉得都难的缘故= =
&&&&21天精通PHP
&&&&21天精通JAVA
&&&&21天精通C
&&&&21天精通C++
&&&&21天精通C#
&&&&21天精通Ruby
&&&&21天精通……
&&&&网友评论 14:03
&&&&硬件很难。。。。要学好真的很难。。。。
&&&&网友评论 14:04
&&&&Reply to Reply Post by 无聊无束 ( 14:02)
&&&&顶多是弄明白语法和结构吧 = = 算法真的那么好学吗
&&&&然后实际操作是另一回事，会写中国字不代表就能写本书啊= =
&&&&我总觉得很难，而且这么多年，觉得越来越学不够= =
&&&&网友评论 14:05
&&&&个人觉得确实硬件工程师更牛比，你看中国到现在造出了自己的CPU没。。。。
&&&&网友评论 14:14
&&&&Reply Post by 铃仙毒药因幡 ( 13:53):
&&&&硬件设计师比软件设计师，门槛高点儿吧
&&&&说实话我觉得软硬件门槛都高，不知道为啥码农被说得好像一个月从0能教到上岗= =
&&&&可能因为我是学这个的，觉得都难的缘故= =
&&&&那叫代码拷贝员，码农了解技术细节，既会使用封装好的API，也不怕从底层开始开发，这可不是速成的活儿
&&&&网友评论 14:16
&&&&Reply to Reply Post by MikeMK2 ( 13:56)
&&&&是有这种现象，但仅就我所见，产品实现原理不变换元件这种事，他们大多就是看看datasheet就完事了，就和看说明书一样。因为我们是主要做军品，为了保证可靠性一般器件用的都是性能甚低端的高等级产品，真到换代的时候一般在预研阶段就都请专人一顿各种培训。相比码农还是舒服很多
&&&&网友评论 14:19
&&&&Reply Post by 铃仙毒药因幡 ( 14:04):
&&&&Reply to Reply Post by 无聊无束 ( 14:02)
&&&&顶多是弄明白语法和结构吧 = = 算法真的那么好学吗
&&&&然后实际操作是另一回事，会写中国字不代表就能写本书啊= =
&&&&我总觉得很难，而且这么多年，觉得越来越学不够= =
&&&&学得越多，觉得知道的越少不是很正常吗
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