怎么开始学习硬件设计?
单片机与嵌入式 2024-05-23
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虽说硬件工程师的核心技能是原理图设计和PCB设计,但是在研发产品过程中,这个占很小的一部分。更多的工作反而是前期的准备工作,以及后期的验证、调试与维护。

作为硬件工程师,刚进入公司时,首先要熟悉公司的产品。从产品功能、硬件架构到单元电路。这些都是为了熟悉整个产品的研发流程做的准备。 硬件设计相对于软件开发来说,是有一定科班门槛的。比如积分、微分电路这种概念,如果大学里没有学明白或者根本没有上大学,掌握起来还是挺难的。 电子信息类专业的毕业生是硬件开发者的主力军。像数字电路、模拟电路、高频电子、数字信号处理、微机原理、C 语言等课程都是专业课,同时也是从事硬件开发这行儿需要掌握的理论基础。 如果当初在学校没有学好,那么出来混总是要还的,没学会的知识要自行恶补回来。

硬件设计学习内容

各种元器件选型

电子产品是由一个个电子元器件组成的,了解其特性、学会选型,这也是基本功。 无源器件,像电阻、电容、电感,用的是最多的器件,一个高端的手机中需要用到上千个电容,电阻稍少一些。
晶体管,如二极管、三极管、MOS 管,应用也很多,仅次于电阻电容。
电源芯片,如 DC-DC、LDO、充电芯片。

其他的,如晶振、磁珠、存储器、继电器、传感器、RTC、ESD 保护器件等等,都是需要掌握的。

核心技能

电路设计与PCB设计。
仿真

原理图仿真,用 Multisim 也就够了。 简易的可以用 Tina-TI,体积小巧,界面简单,能应付大多数的原理图仿真。 PCB仿真,4G/5G 平台对电源的要求很高,需要 PDN 仿真,如 Allegro PCB SI。

测量、分析工具 

测量分析工具,如示波器、万用表、电子负载、安捷伦电源、信号发生器、逻辑分析仪等,这些都是硬件研发必备仪器。 做通信的还有 CMU200、安捷伦 8960 等。

焊接工具

焊接的工具,如电烙铁、热风枪。

电阻上飞线、热风枪焊接BGA芯片等技能,都是要掌握的基本功。

总线接口 

如 USB、UART、RS-232、RS-485 等;车载的,如 CAN、J1850、SW-CAN 等。 三轴加速度计的 I2C 和 SPI 协议,温度传感器的 1-WIRE 协议。 音频的 I2S 协议,SIM 卡的协议,内存的 DDR 协议等。

进阶内容 

如EMC电磁兼容、信号完整性、电源完整性、射频电路设计等。

电路与PCB设计工具 

硬件开发工具,主要是“画原理图”+“画PCB图”,近年来国内电路设计EDA软件,被如下3家霸榜:

  • AD:Altium Designer
  • PADS:Pads Logic+Pads PCB
  • Cadence:ORCAD+Allegro

 

如上图,AD的显著特征:黄色的元器件

 

如上图,PADS的显著特征:黑底蓝字黄线。