硬件入门需要这几关

本文摘要：（由ai生成）

本文为硬件工程师的进阶之路提供了一份详细指南，分九个关卡逐步介绍成长路径。文章从基础知识到实践技能，涵盖元器件选型、芯片手册解读、硬件知识体系建立、原理图与PCB设计、仿真工具使用及测试调试技巧等多个方面。同时，提醒读者注意硬件领域的深度和广度，需要掌握总线协议、信号完整性等知识。深圳市优飞迪科技有限公司作为数字孪生和工业软件技术领域的领军企业，为读者提供了宝贵的行业经验和解决方案。

游戏开始，你的目标是成为一名硬件工程师，用电烙铁和电路板一统江湖，游戏共有九关。

GO!

第一关：基础基础还是基础！

你要有一定的基础，模电，数电这些都得会一些。一般科班出身的专业有电信，通信，自动化等等。

你如果完全没这些基础，连电阻，电容都不认识，那就需要在这关待上很久啦。

模电数电不用太纠结，专业课的课本就行，虽然网上有各种牛人牛课，你上学时跟着老师一次性把这些学会就好。

推荐功 法：

模电：模拟电子技术基础 上交大 郑益慧主讲

数电：数字电子技术基础（数字电路/数电） 清华大学 王红主讲

麻省理工-电路与电子学

第二关：知道硬件开发的基本职责、基本流程以及行情

硬件工程师需要和各种岗位交互，因此丰富的知识面、强大的协调能力必不可少。

硬件开发流程如下，也涵盖了硬件工程师的主要工作内容。

硬件工程师需具备的基本素质和技能总结如下

第一、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力；（初级的可能不具备）

       第二、熟练运用设计工具，设计原理图、PCB(分工细则会制定规则，能review布局布线即可)；

       第三、运用焊接设备、万用表、示波器、逻辑分析仪调测硬件的能力；

       第四、掌握常用标准电路的设计能力，如π型滤波电路、高速信号传输线的匹配电路等；

       第五、故障定位、解决问题的能力；

       第六、文档报告的写作技能；

       第七、接触供应商、获取技术支持的技能；

       第八、沟通能力、责任心、上进心、良好的学习能力;较强的抗压能力和开放式思维。

了解下硬件工程师的行情吧

以深圳为例，不同年限的硬件工程师月薪范围如图，（某招聘软件大数据统计，不含年终）

研究生比上述数据要高一些。可按乘以1.4预估，大厂、风口行业工资更高，可能刚毕业30W起步

仅供参考，考虑到个人差异，请根据实际情况判断

第三关：熟悉基础的元器件原理、选型应用

选型选不好，迟早得干跑。不懂元器件的基本原理，参数选型，是无法 正常开展硬件开发工作的。是最基础的部分。基础不牢地动山摇。

元器件的选型，是EE的一项重要技能，也是实力的体现

首先你要知道一些通用的选型规则

复用性

尽量复用以前验证过的项目物料，减少风险，同时不用管理额外零件，还可以处理库存。

成熟性

要是被广泛使用验证过的成熟方案，且生命周期良好，无EOL。最好有丰富参考设计资料。

适配性

在设计中，电气参数/环境参数满足设计需求，降额等，性能满足，空间无干涉。

替代性

价格成本，交付周期，无EOL，合适的供应商。成本很重要，料也得能买到

归一性

在出货量大的产品中，尽量减少物料种类，比如开头说的，1%的电阻不得不用，那么5%的替换成1%的，物料种类就减少一种，量就大了，能不能争取更优的价格呢？

然后你要知道各个元器件的基本原理、分类、参数、应用和选型

下面就是我整理的电阻电容的部分：

你要知道基本的器件原理

当然元器件有很多，参数也有很多，比如下面这个表

第四关：能看懂芯片手册和原理图

1.看懂一份电路图

对于初学者，最重要的是先能看懂一份电路图，了解信号互联及大致工作原理，有了这部分认知，再动手实践才不会盲目。

一个新人如果能熟悉公司主流产品的原理图，功能框图，能会调试，将会是很可观的成长。可通过这种方法提高自己的工作能力。

系统框图是展示设计思路的一张图，复杂的系统必须有系统框图。

其包含以下几个方面:

整机接口：接口名称，数量，接口信号

芯片方案：CPU,各外设芯片。应绘制出各模块最小系统框图。

电源树：各级电源转换关系，电流流向及路径。

原理图的部分要结合系统框图和元器件的原理进行深挖学习。

2. 搞懂数据手册datasheet

什么是数据手册?datasheet就是电子元器件的数据手册，也叫规格书-SPEC。是硬件工程师最常查阅的文档之一。

数据手册就像是家里电器的说明书一样，他都有什么功能，该怎么用，严禁怎么用都说得很详细。

阅读datasheet，更应该是搜索，是带着目的去读。需求-位置-提取正确内容。

但如果你是一个还在学习的新手，倒不妨多走走弯路，多阅读阅读手册，也是有好处的

每家公司的datasheet都有严格的规范，及独特的风格，有时候还会穿插一些原理性的介绍，比如ADI公司的一些ADC/DAC器件资料里面，还会包含AD/DA转换的原理性讲解内容，Datasheet既可以是我们设计上的好帮手，也是学习的好资料。

阅读数据手册有几个技巧

第一，尽量知道datasheet的内容的排布，大多数手册都是有目录的，可以从目录跳转，大大提高自己的搜索效率

第二，搜索，Ctrl+F,这里需要积累常用的英文名词，比如封装是PACKAGE,功耗是consumption。搜索单位也是非常有效的方法，比如温漂的PPM。这个是需要积累的，看多了，积累多了，就心中有数了，我整理的专业单词表分享给大家

第三，要注意一些note的标注，有可能有特殊的设计用法，这个要格外注意。

第四，选用最新的手册，避免漏掉一些勘误。

第五关：不断建立完善的硬件知识体系

赛程过半，走到这很不容易，你懂了元器件的基础，能够自己去看原理图了。

硬件设计是一门很杂的学问。需要不断积累扩充，一专多能。因此接下来需要做一件很重要的事：建立知识体系，并且不断完善它。

我做一个事喜欢用思维导图，先归纳。

第六关：原理图设计和PCB设计

如果说前面学的是内功，那这一关，是招式、是工具的使用，原理图和PCB设计都有对应的工具，教程也很多，且比较容易上手。遵循一定的规范去操作即可。

你如果用AD的话，我可以送你一套元器件库，提高效率。

除了工具的使用我们还要知道原理图和PCB设计的一些规范和基础。

原理图方面：规范通常以checklist的表格形式存在，如下有些联发科，海思，路飞自己整理的等。可供学习，积累，迭代

PCB方面：

1.你首先要知道PCB的基本概念和PCB设计流程。

印制电路板，常用英文缩写PCB（Printed circuit board），是 电子元件的支撑体，在这其中有金属 导体作为连接电子元器件的线路。

传统的电路板，采用印刷蚀刻阻剂的工法，做出电路的线路及图面，因此被称为印刷电路板或印刷线路板。由于电子产品不断微小化跟精细化，目前大多数的电路板都是采用贴附蚀刻阻剂（压膜或涂布），经过曝光显影后，再以蚀刻做出电路板。

2.要知道叠层、阻抗的一些概念

3. 要知道一些PCB布局布线基础及PCB评审方法。

你可以不会亲自画PCB，大公司有专业的Layout工程师，但你要知道设计规则。

PCB布局规则：

第一，满足结构DXF

根据结构设计要求将连接器放置在电路板边缘并锁定其位置，将主模块放入板内

散热考量

第二，放置主要功能芯片，如微控制器、运算放大器、驱动器和电源芯片等。

电源的供电线路

以功能电路为单位放置，注意信号流向

优先关照：关键IC,预估信号是否顺畅走出、高速SI可提前评估

总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号分开， 模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。

第三，然后将晶体、去耦电容等辅助元件靠近相关的主芯片放置

第四，放置所有无源元件，如串联电阻、上拉电阻、ESD 二极管等。

第五，从装配制造DFM的角度来看

PCB布线规则

第七关：仿真工具的使用

这个很多人觉得不是必须的，但根据我的学习经验来看，有时仿真能够验证我们的很多思路。还是有必要学习的。

常用的仿真软件也就那几个，multisim、labview、pspice、ADS、saber等，其中大多数是用spice仿真模型。

1.、multisim。这个软件很适合仿真模拟电路，其实它本质是spice仿真，只是界面做得简单很多，适合初学者使用。

2.Pspice。这个软件是cadence或者叫SPB开发套件中的一个软件，一般是在capture中调出来的。使用capture就可以不用输入spice的点命令，非常方便。其中，pspice的图表要比multisim的要好看一些，比如，测几个节点的电压，在pspice一张图就看得很清晰了。

3.ADS。这个ADS是指Agilent的Advanced.Design.System，而不是指ARM编译器ADS1.2。ADS可是电路仿真的神器啊，功能非常强大，一般是仿真高频、射频、微波电路用的，当然，集总参数电路也照样可以仿真，但是不太适合初学者。

第八关：测试+DEBUG
掌握实验室仪器工具的使用

你需要掌握各种常用仪表的使用。

1.万用表。一般用它来测电压、电流和电阻。

2.示波器。现在都用数字示波器，一个auto键，可以轻松搞定，而且还带FFT的功能，可以使用频域分析法，是硬件工程师必须掌握的神兵利器。

3.电源：直流稳压电源提供系统供电。

4.逻辑分析仪：有时分析I2C等总线时需要。可长时间采集，比示波器方便。

5.数字电桥，也叫LCR、LCZ测试仪。用它可以测电感值、电容值、电阻值、Q值、D值等，精度比一般的万用表要高。

6.信号发生器，也叫函数信号发生器。可以输出正弦波、方波、三角波、已调信号。

7.频率计。用法比较简单，不再多说了

8.矢量网络分析仪，也叫网分仪。用于测量射频电路的S参数矩阵，还可以显示史密斯圆图。

9.频谱仪。也就看一下频谱，也有示波器的功能。

调试及DEBUG基本遵循以下思路：但具体问题还需具体分析，DEBUG是一项非常提高能力的工作。

第九关：这关你可能过不去

硬件学无止境，一山还比一山高。

你可能还需要掌握常用的总线协议。比如RS232、RS485、SPI、IIC、CAN、LIN、USB、PCIE、TCP/IP等。

还需要懂信号完整性SI、电源完整性PI、EMC/EMI电磁兼容性和电磁干扰等。

信号完整性就是研究如何让驱动芯片发出的信号经过传输通道被接收芯片正确接收的学问。我们常说的高速信号到底怎么判断？

EMC/EMI电磁兼容性和电磁干扰

这两个名词看起来有点高大上，其实就是不干扰别人和防止被别人干扰的问题。EMC/EMI的问题可以归结为SI的问题，但是EMC有一套验证的标准，所以还是起了不同的名字。

推荐《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》－郑军奇。