硬件工程师必须掌握的11个要点

　　1、不要忘记在电源输入和输出两端加电容滤波

　　通常情况，电源的输入和输出两端的电信号是不稳定的，直接给负载供电，长期会给负载造成损伤，也会其使工作不稳定。而我们知道，电容对电压有储能滤波的作用。电容里面储存电子荷，进入到电容里面电子荷不断堆积，然后再平稳输出去——平稳输出且无波动，从而负载就能得到一个平稳的源源不断的输入。一个平稳，没有什么波动的电压，能让负载工作更可靠，也不会损伤器件。通过电容给负载供电的电压进行滤波，从经验的角度来讲都是一般大的电解电容配合使用一个104pf贴片电容进行滤波。大电容用来滤低频波，小电容用来滤高频波，两个结合使用，效果最理想。

　　2、不要让无用功率过大

　　在电路设计中，我们要尽量把无用功率设计得越小越好，从而提高功率因数。如果在电路设计中，板子上的热量占了很大的一部分，板子向后输出的功率就会降低。假设一个板子上功耗大，当板子向后输出的功率不变，那么这就要求板子输入功率大，这就更加耗电。

　　3、不要随意选择元器件的功率

　　每个电子元器件都有不同的功率，功率选择大了，电子元器件价格高，使成本增加；如果功率选择小了，就会造成电子元器件发热，长期工作在高温中会使使用寿命减少。合理选择电子元器件的功率，通过计算该元器件在电路中的功耗进行选择。已知某个元器件的额定功率时，设计电路，最好不要超过它的额定功率，要不然，我们就需要给它加散热片了。当该元器件上流过的电流比较大的时候，我们要保证这两边的压差不要太大。就是，如果我们选定了流过它的电流值，那么，在它两边的压差也就有个最大的临界值。

　　4、不要忽略元器件的基本特性

　　作为一个电子工程师这个，要想能够设计出一个更好的电路，要能够灵活运用电子元器件的基本特性，将我们学到的、现有的元器件工作原理和特性去搭配和组合，然后形成不同功能的电路来实现项目的一个开发。二极管的单向导通性，反向耐压，钳位特性等重要特性；稳压管的反向稳压特性；三极管的流控流型等等。

　　5、不要忘记常用电子元器件封装

　　电子元器件的封装实际上就是元器件的外形，包括元器件的尺寸。在电路设计的过程中，要对元器件的封装了熟于心，谈及一个封装的时候，在大脑里面都能够知道这是个什么东西，想出来并且形成一个概念。首先，在生产过程中，封装的不同涉及到生产的焊接技术。其次，在PCB布板设计时，封装决定板子的外观。熟悉常用封装，元器件选型中事半功倍。

　　6、不要忽略模块化设计

　　硬件设计和软件写程序是一样的，软件写程序的时候，每个功能我们都是把它做成一个个的函数模块，在不同的项目中，有时候会用到相同的函数模块。比如电灯，通信，我们都把它写成一个固定的函数模块。当我们在不同项目中要用到的时候，直接将它复制过来，直接就可以用了。这大大降低我们写程序的时间，提高了我们的效率，我们把它称为模块化管理。因此，对我们硬件工程师，或者高级工程师，我们在设计电路的过程时，我们也要进行模块化设计，从而大大降低了我们设计模块的时间，提高我们设计效率，使我们设计起来简单了。也不需要在一个项目中重复去做这么个事情。

　　7、不要忽略成本

　　作为一个电子工程师来讲，就必须尤为关注产品的成本，成本是贯穿项目开头到结尾的红线。一个项目，对于一个公司来讲，他最终都是要在市场上进行销售的，以营利为目的的，如果你做出来的这个项目太贵了话，那么你即使做得再好，也没有人要，公司也卖不掉的，最终这个项目还是会失败的。对一个优秀的工程师，无时无刻都要以成本作为衡量方案好坏之一。

　　8、不要把自己定位得很低

　　提高自我的逼格，不能因为一个产品做出来，就很高兴，过度的兴奋会使人盲目，要常常问自己，和别的工程师的产品相比，我的竞争优势是什么。

　　9、不要随便的去抄别人的一个电路

　　原理图的设计，其中每一个元器件都是经过慎重选择的和计算出来的，它都有科学依据的。对于一个电子工程师来说，如果仅仅抄别人的电路，永远不可能得到成长。因为我们不知道抄来的电路优点在哪，缺点是什么。不要随便的去抄别人的电路，一定要根据自己的知识来设计这样一个电路。即使你看到别人电路时，你也要能够分析和理解别人的电路，把电路中的问题找出来，然后变成你自己的电路，这才是设计者需要做的。

　　10、不要不注意工程师习惯培养

　　工程师良好习惯的主要在于培养思维深度和广度以及设计的严谨。人的思维，或者我们把它称之为能力，思维的高低就表现在能力高低上。人与人的差异不在智商，而在思维上。思维的深度广度决定了一个人将来在某领域能走多远。因此，对思维的培养就尤为重要，尤其是在培养自我否定，打碎自我，把四散的思维拉回来上显得尤为重要。然后就是设计电路一定要严谨，每一步，每一个逻辑推演都要无懈可击，没有缺漏，能都经得起审核。我们在每完成一个模块的电路设计，每一步骤时，每一环节时，都要对它进行审核，推演功能是否能够实现，当发生意外时会出现什么情况，怎么弥补等等都有思考设计。养成一个比较好的习惯，让设计的电路更加无懈可击。

　　11、不要单角度思考设计，要全局统筹设计

　　设计中，不能够一上来就先将元器件拖过来，直接画，不行再改。这样设计缺乏系统性和统筹性。所以我们在设计一个东西的时候，需要有全局观，然后再设计各个细节，在设计的时候，还需要有理论的东西作为一个指导。

一个好的硬件工程师需要掌握的技能和能力要求

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。

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。

谈谈调试

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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