成为优秀的射频工程师:最有效的方法和关键技能详解
2023-12-06

  经常有网友在网络上问,一个射频工程师应具备哪些知识,怎样才能把射频工作做好。有一个关于这个问题的讨论贴都跟贴了几十条,看来这是一个普遍的问题。

  那么怎么样才能把射频工作做好呢?可以说没有一个人敢说这样或者那样就一定可以学好射频,做好射频;很简单,如果你的大学老师,你的导师这样的专业理论教师都没让你感觉对学有所收获的话,那么很难说其它人就能让你知道怎么学习射频技术。

  射频工程师的具体工作内容

  现在人力资源领域把有关微波和射频技术方面的工程师分为几个名称,一般可以从名称看出其需要的射频工程师的工作内容。比如,如果一个职位是“微波工程师”或“射频工程师”,而这个公司是做通信设备的,那么其工作内容应该是小信号的低噪声放大器、频率合成器、混频器以及功率放大器等单元电路和电路系统的设计工作;如果一个职位是“射频工程师”,而这个公司是做RFID的,那么要不就是做微带天线和功率放大器、低噪声放大器、频率合成器的设计工作(900MHz以上的高频段),就是仅仅做电场天线和功率放大器的设计工作(30MHz以下频段);其它如手机企业,都是专向的“手机射频工程师”等。


  那么这些射频工程师的具体工作内容有哪些呢?无外乎以下内容:

  1.电路系统分析,有些通信设备公司的项目中,射频工程师需要负责对整个RF系统的电路进行系统分析,指导系统设计指标、分配单元模块指标、规范EMC设计原则、提出配附件功能和性能要求等等;

  2.电路原理设计,包括框图设计和,这是射频工程师所必须具备的基本技能。这也是由系统设计延伸而来的,如何实现系统设计的目标,就是电路原理设计的目的,它也是器件选型评估的“前因”,因为设计电路的过程也是一个器件选型的过程。

  3.器件选型与评估,要实现电路的指标要求,选择合适的器件是必不可少的,这个过程其实与电路原理设计是同时进行的。如何选择相应的器件,相比较而言同类型器件中哪一个更合适我们的产品设计?成本、性能、工艺要求、封装、供应商质量、货期等等,更是需要考虑的因素。

  4.软件仿真,不管是ADS,MWO,Ansoft还是CST、HFSS,反正你总得会一到两个仿真软件的使用吧。仿真软件不能让你的设计达到百分百的准确度,但总不会让你的设计偏离基本方向,起码它们在定性的仿真方面是准确的。所以一定要学会使用一至两种或更多种仿真软件,它的基本作用就是让你能够定性的分析你的设计,误差总是有的,但是它能增强你的信心。

  5.PCB LAYOUT,原理就好比理论基础,一万个应用可以只依据一个理论,几个产品也有可能只有一个原理图,只要它的布线不一样,好比手机,同一个手机方案很多公司都拿来设计,原理图是一样的,但是不同的公司布出来的PCB板不一样,一个是外型不一样,一个是性能也有差异。性能的差异,其实就是PCB LAYOUT的差异。符合要求的PCB,其布局与布线兼顾性能、外观、工艺、EMC等方面。所以,PCB LAYOUT也是一个非常重要的技能。

  6.调试分析,这个调试和生产调试不一样。生产调试是指令性的,研发产品的调试的重点在于发现问题和解决问题。调试是一个总结和积累经验的过程,不是说通过调试来积累调试经验,而是通过调试来积累设计经验;很多问题可能在设计时没有被发现,那么通过调试发现以后,就知道以后在设计时如何规避这些问题,如何改善这些问题。调试也是一个实践理论的最有效途径,我们可以通过调试过程来定性理解理论知识。

  7.测试,其实测试是为调试服务的,调试是为设计服务的(设计是为市场服务的)。射频工程师必须熟练使用各种射频测试仪器,不管是频谱分析仪、网络分析仪、信号源、示波器、功率计、噪声系数测试仪、综合测试仪等等。不会测试就很难有效调试,不能发现问题如何得到提高呢?所以不要轻视测试技术,其实放眼国外RF企业,真正的高手都是从设计转到了测试技术,中间的原因值得我们思考。

  8.如果可以,请你多亲力亲为,多做些基层工作,能自己焊的就自己焊接吧,你不可能调试的时候找人在你边上呆着给你换电容又换电感吧?所以,不要眼高手低瞧不起焊接的,有本事的自己焊接吧。

  如何在实际工作中学习射频

  那知道你的工作职责之后,应该如何在工作和实践中进一步学习它呢?现实工作中有很多案例,不是我们通过多少多少的积分微积分方程就可以轻松解决的。这不是说微波方程在实际工作毫无意义,而是说的很多人重复的那一点,“理论要靠实践来检验”。

  踏入社会工作的第一天,不是你大功告成的第一天,而是你真正学习课本的第一天,是你检验课堂知识的第一天。很多朋友都希望毕业后马上进入一个好的公司,好的部门工作,想搞技术的第一选研究所,选到好公司的,想进公司中央研究部门,进到差一点的公司的也想起码得进一个开发部门工作;进了研究开发部门不要紧,很多朋友更想一来就只做“研究”性的工作,一天到晚呆在电脑前面,上上网,找找资料,要不就是画两个原理图让LAYOUT工程师去画板,闲时写两篇文章发表一下。

  其实,这一开始就进入了一个误区。这也就是为什么有很多有多年工作经验的技术人员走出一个公司后才发现自己知道的很少,或者在别人看来完全是技术混混的原因。为什么,他们忘了,技术的根本在于实践。所以,做技术工作的,不要轻视成天呆在实验室的技术人员,不要以为自己呆在电脑前面就比呆在仪器前面的同事高一等。其实,从根本上讲,他们才是真正的技术人员,他们能够在实践中体会理论知识。

  对于刚进入射频领域的工程师,首先应该是一个实验室的技术员,这就是谦虚一点,姿态低一点;不管是别人设计的产品还是自己设计的产品,一定要每个电阻电容电感都知道它的作用,每一根走线的意义都要清楚,要知道为什么要用它为什么要这么走线,不要技浮于事,不要谈什么经验之谈,要脚踏实际;不是说经验是错误的,而是如果你真正的想取得进步,就要明白如果用经验解释一切不解,你根本就不会有进步。动手多一点,能够自己做的就自己做,不动手何谈实践呢?

  下面谈一下,出色射频硬件工程师要求具备的知识体系

 第一部分:硬件知识

 一、数字信号

  1、TTL和带缓冲的TTL信号:逻辑门电路

  2、RS232和定义:异步传输标准接口,通常以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现,一般个人计算机上会有两组RS-232接口,分别称为COM1和COM2。数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

  3、RS485/422(平衡信号)半双工/全双工

  4、干接点信号:无源开关,具有闭合和断开的2种状态,2个接点之间没有极性,可以互换。各种开关如:限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等;各种按键;各种传感器的输出,如:环境动力监控中的传感器、水浸传感器、火灾报警传感器、玻璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器;继电器、干簧管的输出。

  湿接点信号:有源开关;具有有电和无电的2种状态;2个接点之间有极性,不能反接。

  二、模拟信号视频

  1、非平衡信号:非平稳信号是指分布参数或者分布律随时间发生变化的信号。现实世界中我们所碰到的信号大都是非平稳信号。平稳和非平稳都是针对随机信号说的,非平稳信号分析和处理的一般方法有时域分析、频域分析、时频联合分析。

  2、平衡信号:信号在传输过程中,如果被直接传送就是非平衡信号,如果把信号反相,然后同时传送反相的信号和原始信号,就叫做平衡信号,平衡信号送入差动放大器,原信号和反相位信号相减,得到加强的原始信号,由于在传送中,两条线路受到的干扰差不多,在相减的过程中,减掉了一样的干扰信号,因此更加抗干扰。这种在平衡式信号线中抑制两极导线中所共同有的噪声的现象便称为共模抑制。所以平衡线路只需要在输入输出信号增加一个差动放大器就可以实现。

  三、芯片

  1、封装

  2、7407:TTL集电极开路六正相高压驱动器。1入2出3进4输出5进6输出9进8输出11进10输出13进12输出。

  3、7404:六组反向器。1入2出3进4输出5进6输出9进8输出11进10输出13进12输出。

  4、7400:四组与门。1.2入3出,4.5入6出,9.10入8出,12.13入11出。

  5、74LS573:八位三状态输出D触发器。

  6、ULN2003:高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。

  7、74LS244:3态8位缓冲器,一般用作总线驱动器,没有锁存的功能。

  8、74LS240:3态总线转换器,一般用于总线的电平匹配问题,为单向传送。

  9、74LS245:3态总线转换器,一般用于总线的电平匹配问题,为双向传送。

  10、74LS138:3线-8线译码器

  74LS238:加法器

  11、CPLD(EPM7128)

  12、1161

  13、max691

  14、max485/75176

  15、mc1489

  16、mc1488

  17、ICL232/max232

  18、89C51

  四、分立器件

  1、封装

  2、电阻:功耗和容值

  3、电容

  1)独石电容

  2)瓷片电容

  3)电解电容

  4、电感

  5、电源转换模块

  6、接线端子

  7、LED发光管

  8、8字(共阳和共阴)

  9、三极管2N5551

  10、蜂鸣器

  五、单片机最小系统

  1、单片机

  2、看门狗和上电复位电路

  3、晶振和瓷片电容

  六、串行接口芯片

  1、eeprom

  2、串行I/O接口芯片

  3、串行AD、DA

  4、串行LED驱动、max7129

  七、电源设计

  1、开关电源:器件的选择

  2、线性电源:

  1)变压器

  2)桥

  3)电解电容

  3、电源的保护

  1)桥的保护

  2)单二极管保护

  八、维修

  1、电源

  2、看门狗

  3、信号

  九、设计思路

  1、电源:电压和电流

  2、接口:串口、开关量输入、开关量输出

  3、开关量信号输出调理

  1)TTL―》继电器

  2)TTL―》继电器(反向逻辑)

  3)TTL―》固态继电器

  4)TTL―》LED(8字)

  5)继电器―》继电器

  6)继电器―》固态继电器

  4、开关量信号输入调理

  1)干接点―》光耦

  2)TTL―》光耦

  5、CPU处理能力的考虑

  6、成为产品的考虑:

  1)外形:大小尺寸、异形、、空间体积

  2)电路板模块化设计

  3)成本分析

  4)器件的冗余度

  1.电阻的功耗

  2.电容的耐压值等

  5)机箱

  6)电源的选择

  7)模块化设计

  8)成本核算

  1.如何计算电路板的成本?

  2.如何降低成本?选用功能满足价格便宜的器件

  十、思考题

  1、如何检测和指示RS422信号

  2、如何检测和指示RS232信号

  3、设计一个4位8字的显示板

  1)电源:DC12

  2)接口:RS232

  3)4位3”8字(连在一起)

  4)亮度检测

  5)二级调光

  4、设计一个33位1”8字的显示板

  1)电源:DC5V

  2)接口:RS232

  3)3排11位8字,分4个、3个、4个3组,带行与行之间带间隔

  4)单片机最小系统

  5)译码逻辑

  6)显示驱动和驱动器件

  5、设计一个PCL725和MOXAC168P的接口板

  1)电源:DC5V

  2)接口:PCL725/MOXA8个RS232

  1.PCL725,直立DB37,孔

  2.MOXAC168P,DB62弯

  3)开关量输出信号调理:6个固态继电器和8个继电器,可以被任何一路信号控制和驱动,接口:固态继电器5.08直立,继电器3.81直立

  4)开关量输入调理:干接点闭合为1或0可选,接口:3.81直立

  5)RS232调理:

  1.LED指示

  2.前4路RS232全信号,后4路只需要TX、RX、0

  3.无需光电隔离

  4.接口形式:DB9(针)直立

  第二部分:软件知识

  一、汇编语言

  二、C51

  该部分可以从市场上买到的N种开发板上学到,至于第一部分,需要人来带吧。

  为什么要掌握这些知识?

  实际上,工程师就是将一堆器件搭在一起,注入思想(程序),完成原来的这些器件分离时无法完成的功能,做成一个成品。所需要的技能越高、功能越复杂成本越低、市场上对相应的东东的需求越大,就越成功。这就是工程师的自身的价值。从成本到产品售出,之间的差价就是企业的追求。

  作为企业的老板,是在市场上去寻找这样的应用;对工程师而言,是将老板提出的需求或者应用按照一定的构思原则(成本最低、可靠性最高、最小、功能最强大等)在最短的时间内完成。最短的时间,跟工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有关。这就是工程师的价值将电子产品抽象成一个硬件的模型,大约有以下组成:

  1)输入

  2)处理核心

  3)输出

  输入基本上有以下的可能:

  1)键盘

  2)串行接口(RS232/485/canbus/以太网/USB)

  3)开关量(TTL,电流环路,干接点)

  4)模拟量(4~20ma、0~10ma、0~5V(平衡和非平衡信号))

  输出基本上有以下组成:

  1)串行接口(RS232/485/canbus/以太网/USB)

  2)开关量(TTL、电流环路、干接点、功率驱动)

  3)模拟量(4~20ma,0~10ma,0~5V(平衡和非平衡信号))

  4)LED显示:发光管、八字

  5)液晶显示器

  6)蜂鸣器

  处理核心主要有:

  1)8位单片机,主要就是51系列

  2)32位arm单片机,主要有atmel和三星系列

  51系列单片机现在看来,只能做一些简单的应用,说白了,这个芯片也就是做单一的一件事情,做多了,不如使用arm来做;还可以在arm上加一个操作系统,程序既可靠又容易编写最近三星的arm受到追捧,价格便宜,以太网和USB的接口也有,周立功的开发系统也便宜,作为学习ARM的产品来说,应该是最好的;作为工业级的控制,是不是合适,在网友中有不同的看法和争议。

  但对于初学者来说,应该从51着手,一方面,51还是入门级的芯片,作为初学者练手还是比较好的,可以将以上的概念走一遍;很多特殊的单片机也是在51的核的基础上增加了一些I/O和A/D、D/A;也为今后学习更高一级的单片机和ARM打下基础。

  再说了,哪个老板会将ARM级别的开发放在连51也没有学过的新手手中在51上面去做复杂的并行扩展是没有必要的,比如,扩展I/O口和A/D、D/A等等,市面上一些比较古老的书籍中还有一些并行扩展的例子,如:RAM、EPROM、A/D、D/A等,我觉得已经没有必要去看了,知道历史上有这些一回事就行了。这些知识,是所有产品都具备的要素。所以要学,再具体应用。

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