致物联网表计硬件工程师 - 别再琢磨π形网络了

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作为天线设计师，为了与用户物联网产品配套天线，经常会接触到用户的电路板。大部分初次接触的用户电路板，都发现射频通路有π形电路网络，并且这个π形电路不是0Ω短路就是模块厂家建议的电感电容值。说句不要脸的话，笔者调π形电路的水平绝对一流，但我还是要对模块厂家给出的这个建议进行吐槽，不怕被拍砖。

一） 关于π形电路：

π形电路，简单地说就是一个“并联-串联-并联”的电感电容网络，形状似π而得名，目的是将π网络两端的射频阻抗调匹配。调整的工具主要借助于矢量网络分析仪和史密斯圆图。期间先通过矢量网络分析仪对端口进行S11测试，它的大致原理是矢量网络分析仪在指定频段发送扫频信号到待测端口，通过发射和反射信号的比对，再根据特定算法标定出S11值(实部和虚部)。根据此S11值，再根据史密斯圆图调整π形网络的感抗和容抗，使之达到期望的匹配阻抗。此技术在天线与射频端口有时会使用，但它毕竟是一种无奈的补充手段，是两端阻抗匹配出现较大偏差时的修正。

下图是一个50Ω匹配的史密斯圆图，图中标出了驻波比圆（矢量网络测试仪能看到这个图），也就是为匹配偏差标出了范围。如果这个偏差超出了你的允许值，借助史密斯圆图，通过π网络调整到你的允许值内即可。

结论：π形电路，就是一种调匹配的手段。

二） π形电路的调试依据：

π形电路调整的依据是首先要知道π网络两边的S11参数，这样才知道两边的失配度，然后根据共轭匹配的原理，调整π网络的电感和电容值（借助史密斯圆图），使之达到共轭匹配。

50Ω匹配，是业界约定俗成的，你也可以理解成“潜规则”，但并不是必须50Ω匹配，原则上，任何值都能匹配。例如两边是30欧姆叫匹配；两边是70Ω也叫匹配。但如果阻抗是复数，就只能共轭匹配了。

所谓共轭匹配，就是实部相等，虚部相反。如下图，通过矢量网络测试仪两边测得同频点位置如1点和2点，它们就是匹配的。否则，借助史密斯圆图调整共轭匹配。

结论：要调匹配，先知两边失配。

三） 模块厂家给出的依据是什么

可能是孤陋寡闻，本人看到的大部分模组厂家给仪表整机厂家的模组参考外电路中，都有一个π形网络，说是调匹配用。“理想很丰满，现实很骨感”，如果要调匹配，首先要知道π形网络两边的失配。天线是个无源器件，这个S11参数测试没问题；模组是个有源器件，拜托！你给个测试方法啊！别告诉我模组是50Ω匹配没问题，凭什么？我怎么测试验证？

大部分仪表整机厂家也真是听话，按照模组厂家的建议，无条件的把π形网络加到传输通道上，最后用一个0Ω电阻把通道短路，累不累啊？起π形网络的作用了吗？这是射频通道，为加π形网络而延长传输线，再用一个0Ω短路，都会对信号增加失配和衰减的！

结论：给不出模组的阻抗，就别推荐调匹配。

四） 甩掉包袱，轻装上阵

有时会听到仪表整机厂家说，万一不匹配了，我还有π形网络。我就想问，万一不匹配了，你有π形网络，你能咋样？你能调吗？别光听忽悠了，你这个预案只是程序正义的官僚预案。

就目前状况下，本人也只能勉强的认为模组射频口是50Ω匹配。因此提醒整机厂家硬件工程师，别瞎琢磨π形网络了，甩掉包袱，轻装上阵。好好按要求把传输线尽可能的缩短，找一个靠谱的天线设计师，把天线性能之托和网络匹配之事转交出去。

结论：甩掉包袱吧，轻装上阵。

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硬件工程师——到底要不要继续坚持

从事硬件工程师这些年，发现身边大多数硬件人的一个通病：站在门外看着门内的世界充满好奇，充满向往；进入门内又充满了疑惑，迷茫，找不到方向。硬件工程师的未来发展到底如何呢？门外的人想要进来一探究竟，门内的人困惑要不要转岗，转行。陆妹给大家整理了三个“过来人”的小故事，分享出来，看完或许你就能回答心里的疑惑了！

分享1 ——林工

本人从事过一段时间硬件工作——板级设计工程师，抛砖引玉从非技术角度说一下自己看法。电子信息行业已经是一个高度成熟的产业，现阶段的市场发展趋势，对硬件工程师新人来说的确是不容乐观。

1、硬件工程师沦为“裱糊匠”。 很多知友将这个现象归纳为器件性能提升和原厂参考设计的完善，所以硬件工程师变成了高级抄板工。

在这里不妨设想一下，在20年前，一个刚走出校园的硬件菜鸟A需要搭建一个8031+RS232串口通信的最小系统需要做哪些工作？器件选型需要在代理商字典一样厚的选型手册里研读半天，联系代理或原厂提供规格书数据手册，光得到一个datasheet就得花上半周时间。

从教材或各种文献中找出板级系统的搭建和调试方法，为昂贵的编程器费用审批不能通过而发愁。 制作样板时没有方便的EDA软件和打样服务，花上大半周时间把电路才能调通。知乎上还有前辈分享过经典案例，某原厂芯片编程指南全国只有一本，需要长途出差跑去对方办公室，求爷爷告奶奶才能阅读复印。20年前，哪怕是做一个8031+RS232的小系统，都可能花上大半个月的时间。

这种事情放在今天是不能想像的，淘宝上有现成的最小系统，有成套低价出售的设计资料，深圳有各种24小时出货的快板厂，20年过来了，做同样的一个功能系统，可能只需要1天就实现了。 随便比划两下就能用，极少出现点不亮或完全用不了的情况。放在20年前，可能就会因为复位电路设计不当、锁存器速度过慢这样的问题浪费数天的调试时间。在这种情况下，硬件工程师的价值在于他们的信息积累，充足调试经验能帮助系统定义设计过程节约大量的时间成本。

今天的老板并不会因为他的工程师能阅读原厂datasheet，知道M厂器件性能比P厂优秀而给他多付工资，这些是硬件工程师的“基本职业素质”。然而我们日常工作又有相当一部分时间花在这些事情上，进行创造性工作的精力少了。 信息的加速流动和透明化将硬件工程师从效率极低的信息收集过程中解放了出来，半导体器件集成化则逐步剥夺了板级工程师对硬件系统定义职能。

2、研发价值分化使硬件工程师失去主动权。 不妨再回到20年前，A的东家接到了某大国企邀约，希望在这套8031+RS232的基础上为生产线设计一套温度监控系统。然而A的方案在现场总是被机电设备干扰重启，竞争对手的硬件老鸟B得知后，拿出来一套现成的RS485方案，把A家打下阵来。

如今，原厂拿出的大量设计资料和参考指南，任何人都可以免费查阅， 诸如「RS485比RS232稳定」这样的知识差距被无意抹平，信息高度透明时，大量满足普通消费需求的经典设计无需被重复创造。我们常说「抄抄改改就能出产品」，这是一件不好的事情吗？抄demo就能出产品，意味整个产业的生产力已经处于相当高的水平，不用为买不到器件找不到配套厂家加工而发愁。但是从硬件工程师的个人发展来说，却是很不利的情况。

更要命的是，今天普通硬件工程师面临的是产业链上游的降维打击。 工业4.0、智能家居、可穿戴这样的产业概念层出不穷，技术信息极大丰富剥夺了普通硬件工程师参与创新的机会，更没有参与定义技术标准的资格。个人化的创新性的工作不推广不定义则不可能创造大的效益。

而产业概念的定义权力却往往掌握在细分方向的巨头手上，他们本身掌握甚至把控业界趋势而将竞争优势和利润最大化，小企业只能作为追随者参与其中。 各种厂家为什么乐意分享自己的技术见解和系统设计呢？技术本身很值钱，但对于面向普通消费者大量生产的廉价产品来说，只有保证自身在技术体系里的话话权，才能保证钱能稳稳当当落到口袋里。

3、从业群体分层和封闭化。 这问题下有不少知友都觉得高端职位少，硬件工程师难以在技术上有纵向深入发展，培养成本高昂。关键问题在于，电子信息行业尖端技术发展短时间内无法造福整个行业群体。

举个例子，测量方案T公司参与定制了80G高速总线的标准，在行业应用非常成功，那么下一代100G标准很有可能也是T公司参与牵头。T的大客户Z公司硬件工程师在设计板卡时遇到困难，会首先寻求T公司帮忙。久而久之，T和Z间的技术人员流动会变得平滑。然而T和Z在高速总线上积累的技术经验对用普通MCU进行应用设计的A和B毫无帮助，T和Z也不会考虑招聘A B作为硬件研发。

这个问题下说硬件工程师发展差和说硬件工程师发展好的观点各成一派，几乎谁也说服不了谁，也许这就是硬件行业的大发展产生技术壁垒的体现。 能赚钱的知识和技术并不能改造不赚钱的细分方向。技术壁垒让整个行业的从业人员分层加剧，并加重了上下流动的成本。

如何跳出这个怪圈？这个问题下知友提到硬件工程师的价值在于定义产品的能力，既然一味钻深，纵向走不通，我们可以走横向发展。但我认为这依然无法打破硬件工程师职业发展的城墙。

分享2——王工

作为从业多年的硬件人，我觉得这二十年，硬件工程师的就业环境是出现了天翻地覆的变化的，变化就是门槛不断降低，到如今，网上的资料已经丰富到随便下载点开发板来源资料包，就能够入门的地步，这在20年前是不可想象的。

门槛降低是一方面，但是随着高速数字器件和安规标准的不停发展，硬件工程师之间的差距正在不断拉开，以至于到了出现阶级壁垒的程度。

你拿着开发板资料，搭一个stm32的最小系统有没有问题？当然没问题。但是让你布一个高频十层板你行不行？整改EMC行不行？射频天线设计行不行？硬件工程师的工作变得越来越专业化，就业经历成为提升薪资最重要的东西。你如果一毕业就进大厂搞ic设计，或者基带，或者高速fpga，或者emc实验室等等，做个几年跳个槽，收入不可能低，但是如果进小公司还是弄低端电子产品，那可见未来提升空间狭小。

硬件设计已经变成极度依赖资源的行业 ，你如果能接触到先进的实验室，凭着从业经验都能拿上一份高薪。这就是硬件和软件区别最大的地方，软件的学习资源都是开源的，github要什么有什么，学习成本低，只要努力，进互联网这个行业不难。但是硬件工程师的阶层差距正在不断拉开，变成吃经验的行业，诚然你能设计基本的电路就基本饿不死了，但想拿高薪，没有高端行业从业经历是不行的。

所以我个人觉得，如果你已经能够接触到高规格的硬件设计工作，那么继续做下去肯定是好的，如果你还在低端行业打滚，我建议做硬件的同时也学软件。 两个都会，那你就有自己独立做产品的能力，至少就业面能扩展很多，甚至有机会还能出来创业，毕竟现在量产电子产品的成本也越来越低了，打板贴片都网上一条龙可以解决，解决外壳问题就能拿出来卖了，不失为一条可行的创业路径。

分享3——鲁工

从2个方面分析：

第一个是你本身情况出发，硬件类（ FPGA DSP PCB layout等）、算法类。

本身基础情况如何？问题不在于你反感不反感，而是你能否坚持下去或学习的过程中是否顺利。是，没错，我们这些年轻人是应该受点苦，是该做一些恒久的事情。可如果我们在这个过程能轻松的话，为什么不让自己轻松点呢？兴趣固然重要，在我看来，基础也同样重要，不仅仅是一个学习的过程和时间长短的问题，还牵扯到以后你成果的多少和质量（研究生特别看重这个）

第二个我们谈谈关于你感兴趣的东西——硬件类。 其实你这个情况~算不上纯硬件，有点带软件的意思在里面，因为毕竟咱们自己layout出来的PCB有可能还是需要自己去做一些驱动程序和一些板子的功能调试，还是要自己coding~

电子开发多好玩，电子设计多有意思。（跟TM吸毒一样上瘾又费钱）看到自己做的板子，自己做的电路，写上自己的程序，解决了一些项目的问题~摸得着的那种，多有意思！

这么说吧，硬件这一块入门易，提升难，需要耗费时间金钱人力，特别吃经验。 想站在金字塔的上层可能就更难了~和会计有一点像，越老越吃香。

没有几年的项目经验积累吃不下来，注意，我这里的项目经验指的是对高速信号PCB layout、多层板、EMC、开关电源、FPGA等等，太多太多需要考虑的了~而不是简简单单的写几个单片机程序（这类的工程师培养起来不是很费事）

没有哪个专业是好的，没有哪个专业是不好的，适合自己的才是最好的。（兴趣主宰）

如果你真的喜欢搞电子搞嵌入式搞硬件开发，那就入坑吧（我和你一起挖坑一起跳）反正我是没有退路了~hhh

最后：如果能行的话，还是选去做2吧~在读的时候论文专利都相对于要好出一些，对你研究生生涯肯定是很好的，国内环境2比1要的多~并且近年人工智能、大数据又重新带动了掀起了计算机技术之风~站在风口上的专业肯定是没得说的。

而硬件这一块，国家的政策以及行业的问题导致发展速度远远没有人工智能、深度学习、大数据快（这是我们不愿意承认但是存在的一个事实）。

拿一份bat offer比什么都来得痛快！ 并且平台好，职业生涯发展速度快！当然做软件这一块后面也有一些弊端，可能也需要转型一直做研发也是不现实的！这都是后话了。

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