硬件工程师学习:

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要了解什么是DC和AC，先从DC说起~

1.先学会反抗(没意思)

2.学电容，(挺有意思的)

3:接入二极管，(呃？好神奇)

4.简单地从低压低频交流电开始。

5.从交流到DC的转换

6:开始进入三极管(最后启动3脚家伙)

7.学电子开关，一个是硬开硬关；另一种是软开、软关。

8:开始准备运算放大器，①学习比较器，②学习放大。

9:转身开始加电感(又回到两英尺)

10:简单功能IC(开始转PDF)

11:终于熟练了，琢磨着怎么把这堆东西瘦下来。

2.介绍单片机的概念。

13:门电路启动。

14:流程图和逻辑图开始。

15.数字和模拟之间的转换开始。

16:了解编程语言，每个定义的含义以及如何使用。

17:开始膨胀~(先回本吧)？

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其实我的硬件学习路径和up里面提到的基本一致。先大致学习基本元器件，然后学习51单片机，再看懂原理图，学习功能电路，最后学习焊接和eda软件使用。

学习eda软件的时候，我就不跟你说元器件选择了。只要按照图纸，并把它带到董事会(无论如何，jlc白嫖)。看到自己一步一步画出来的电路板真的拿在手里的感觉，心里很有滋味。然后我会自己研究别人的电路，抄别人的电路模仿，然后慢慢学会硬件有问题的时候如何调试和使用示波器万用表光谱仪。看看别人的电路有什么功能，是怎么实现的，然后去马Yun.com看看有没有现成的模块卖，买回来研究一下，慢慢就知道电路芯片的选型了，再从店家送的数据手册里慢慢了解芯片数据手册。(其实我在做单片机的时候应该就知道了，当时只懂流水灯的138***。)然后我接触了各个芯片厂商，类型的选择不会那么单一。比如ldo过去一直喜欢用ams1117，但也有很多优秀的国产功率芯片厂商。

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如何学习硬件设计-实践

实用教程和操作性的东西很难用语言表达。那只能把最关键的公式写下来，让大家在实践中体会。

一般没有经验的工程师或者学生，在拿着一个项目任务书或者一个成品电路板的时候，往往会觉得无从下手。主要是知识储备不足，实践少，动手少。

不过不用着急，需要慢慢积累。同样，不要担心太多的事情，也不知道什么时候能学会独立，因为很多事情是相通的。

下面介绍硬件设计的实用路线。

第一，初级练习。

1.焊接。

先看一下杜洋前辈的焊接视频。看他视频的时候学会了焊接。

关键的地方视频里也会提到，这里大概描述一下(孔板的焊接就不说了)。

焊接时，先将芯片对齐，然后用锡固定一个角，再用锡填充另一面，最后用锡填充整个芯片。拿起板子，倾斜30度左右，然后用烙铁加热，把液态锡吸上来，去掉，直到把锡全部吸走。应该调整烙铁的温度。我一般用350摄氏度。重要的是要认识到，当锡变成液体时，它会在重力的作用下像水一样流下来。另外，焊头表面有吸力，整个焊接过程中不要用力刮锡。焊接时如果操作不顺畅，可以翻板。

至于BGA焊接，一般不建议手工操作，因为成功率不高，建议使用返工表。下面是BGA手工植球的操作流程。

先用万能植锡钢网(这是最落后的工具，除了植锡台，不过挺贵的)，对准BGA，然后用胶带把BGA和钢网粘起来固定。先加锡膏，再用**吹一会儿(**的风速和温度可以降低一点)。当锡变亮时，用手术刀刮掉多余的锡。如果焊球不均匀，重复上述步骤，直到焊球均匀为止。撕下胶带，用手术刀撬开BGA。

2.仪器仪表的使用。

a、万用表。为什么取这个名字？对于高手来说，万用表几乎是万能的。它也常用于测量电压、电流和电阻。

B.示波器。现在都用数字示波器，一个自动键，很容易做到。此外，它们还具有FFT的功能，并且可以使用频域分析。是硬件工程师必须掌握的法宝。示波器还有一个小众功能，就是丽莎图(用于测量相位差和频率)。另外，要学会用示波器测量开关电源的纹波。

c、数字电桥，又称LCR、LCZ测试仪。可以测量电感值、电容值、电阻值、Q值、D值等。，其精度高于普通万用表。

d、信号发生器，也叫函数信号发生器。它可以输出正弦波、方波、三角波和调制信号。用法比较简单，但要注意射频信号发生器。输出信号前，阻抗必须匹配，否则信号会被反射，可能会损坏信号发生器。

F.频率计。用法比较简单，就不多说了。有些信号发生器还增加了频率计的功能。

g、矢量网络分析仪，也叫网络分析仪。用于测量射频电路的S参数矩阵，也可显示史密斯圆图。每次使用前应校正频率点。

h，频谱分析仪。只看频谱，它也有示波器的功能。

还有一些小众仪器，如漏电流测试仪、电表等。

3.维护。

先用肉眼观察板子，看有没有虚焊、短路、缺元器件。修好就行，如果不行，就走下一步。

然后用万用表测量每组电源，看有没有短路。修好就行，如果不行，就走下一步。

给板卡上电，看各组电源电压是否正常。修好就行，如果不行，就走下一步。

在这一点上，你必须对板卡的整体设计有一定的了解，或者你要背前人的经验(背经验的人往往觉得硬件很神秘，这是我不推荐的)，或者你修不好。先把板卡的每个功能分成模块，从现象上判断哪个模块有问题，把可疑模块断开，排除可疑点(像侦探一样)。如果有好的板子，就好办了。可以通过直接测量各元件的电压(或对地电阻值)来解决。万用表只能解决一些简单的问题。要想彻底修好，手里一定要有示波器，因为像晶振***扰这种东西，万用表是测不出来的。

4.调试。

调试，通常是自己设计的电路，没有经过验证，需要自己验证，需要扎实的理论基础。调试也是硬件工程师很容易积累经验，含金量最高的技能之一。如果前期遇到棘手的问题，可以暂时放下，等后期水平高了再解决，不要岔开话题，那样只会浪费更多的时间。调试技巧需要日积月累，才能让大家重视起来。

调试方法多种多样，视情况而定，不能一概而论。笔者总结了以下方法:

一、示波器测量。当然，首先你得知道你设计的电路会产生什么样的波形，然后你才能知道它是否被测量。也就是说，如果理论失败，根本无法调试。

B.与被验证的电路进行比较。如果你手里有一个好板，而要调试的电路中刚好有一个好板电路，你可以拿着好板飞一些线来验证，排除可疑点。这里和保养方法一样。

c，模拟。其实设计电路的时候，如果能仿真就先仿真。如果实物做出来了，还是有问题，也可以模拟一下。比如运算放大器电路的参数，不确定串并联电阻等等。

D.镊子短路了。当你怀疑时钟是否干扰其他信号时，可以用镊子将时钟管脚短接到地(只要是弱信号，短接到地一会儿电路板不会烧起来，不用担心)来排除可疑点。还有复位的问题。你也可以用这个方法。

E.信号生成。比如一个运放电路的输入输出受到干扰，那么你可以用信号发生器或者开发板输出一个干净的信号，这样可以排除可疑点。

f、软件调试。如果板上有CPU，可以用串口调试，如果有FPGA，可以用嵌入式逻辑分析仪，这样可以确定问题是芯片内部的还是外部的。

g、观察现象。信号都是在板上运行的，直接观察不到。这时可以将信号线引出，连接到可观测的设备上。比如在调试音频放大器的时候，可以把信号接到现成的扩音机上，通过听声音来观察现象。当然，你不应该只考虑功放，还应该考虑其他可观测的器件或组件，比如LED灯、显示器甚至收音机，只要能派上用场。

第二，中级练习。

1.模拟软件的使用。

常用的仿真软件只有proteus、multisim、labview、pspice、ADS、saber等几种。，而且大多使用spice仿真模型。

普罗秋斯.这个软件非常适合模拟单片机，有很多元件库，但是有一个致命的缺点，就是太智能了。单片机不需要电源和晶振也能正常工作，和现实相差很大，所以我建议学习单片机，使用开发板。

b、multisim .这个软件非常适合模拟电路。其实它的本质是spice模拟，只是界面简单很多，适合初学者。虽然有8051的库，但是不适合模拟单片机，模拟很慢。其实元件库不多，像0805三极管，一个都没有。这时候只能用其他三极管代替(2N2222等。).否则，自己制作这个组件库。Multisim也可以与ultiboard结合使用，进行实际的板级仿真(与PCB一起仿真)。

labview .这个软件很强大。它可以模拟模拟和数字电路，也可以作为上位机(如虚拟仪器等。).最有特色的是图形输入，用鼠标点几样东西就能模拟出来。

d、pspice .该软件是cadence或SPB开发工具包中的软件，通常在capture中传输。捕捉非常方便，因为不需要输入spice的point命令。其中pspice的图表比multisim的要好。比如测量几个节点的电压，在pspice中一张图就能看得很清楚。

电子广告.ADS指的是安捷伦的高级。Design.System，不是ARM编译器ADS1.2 .不过ADS是电路仿真的神器，功能非常强大。一般用于模拟高频、射频、微波电路。当然，集总参数电路也可以仿真，但不适合初学者。

f、***.这个软件是专门用来模拟电源电路的。暂时没用过，不做评价。

2.电路设计软件的使用。

主流的电路设计软件有三个:altium designer，PADS，Cadence，当然还有一些小众的，比如eagle。这里只介绍三款主流软件。

Altium designer(简称AD)，之前的版本是protel 99se，protel DXP，用法也差不多。非常适合初学者，3D渲染效果最好，也是学校教的最多的软件。但是很多公司反而不用这个软件，因为如果你用它画多层板，电脑会卡，如果公司人多，可能会收到altium的律师函。可用于FPGA开发和板级仿真。适用于小型PCB。

PADS，之前的版本是power PCB，分为逻辑(原理图)、布局(布局和设置规则)、路由(布线)三个部分。最有特色的是:用极坐标放置元器件，自动布线(这种自动布线没有ad差)。适用于中小尺寸PCB，但是逻辑比较难用，所以有人用orcad+PADS来弥补这个缺点。适用于中小型PCB。

Cadence(又称SPB)是一个系统级套件，可以绘制版图、仿真电路、仿真SI/PI等。除了原理图和PCB。Cadence公司收购了orcad。目前原理图绘制用的是capture(也叫orcad)，PCB绘制用的是allegro，电路仿真用的是pspice(转自capture)，SI/PI仿真用的是Sigrity(需要额外安装)。用capture画原理图很酷。比如画一个芯片的原理图库。可以写在excel里(管脚号和一些管脚名，像D0~D7，拖动鼠标就出来了)，然后***到capture里做少量调整。但是用快板画包比较繁琐。需要提前画板，才能画包。适用于中大型PCB。

3.其他软件的使用。

画框架用AutoCAD，画3D包用solidworks或pro-e，科学计算用MATLAB。

autoCAD的基本用法还是比较简单的。如果有人教你，半小时就能上手。对于硬件工程师来说，只需绘制板框架，以DXF格式保存，然后导入到PCB设计软件中。同时，DXF也是硬件工程师和结构工程师之间交互的文件格式。

与pro-e相比，solidworks更容易学习和使用。有了这两个软件，就可以画出元器件的3D封装，然后将PCB导出为stp格式，放入solidworks。这样在印板之前就可以看到整机的效果图了。学习3D软件还有一个好处，可以让你更加了解板卡安装情况，比如定位孔、插座、布线等。，以至于设计出来的PCB因为结构问题无法轻易安装，这一点很容易被很多硬件工程师忽略。

MATLAB可以用于任何计算。简单计算，如电阻分压、滤波器截止频率等。但复杂的问题，如定向耦合器的参数计算和复杂运算放大器电路的建模，用MATLAB就可以很容易地解决。这里也推荐一个基于网络的计算工具。

第三，高级中级练习。

1.基本电路单元的计算、模拟和验证。

诚然，一个电路板再复杂，也可以根据功能分成若干模块，而这些模块又可以进一步分成无数的电路单元。所以首先要掌握最基本的电路单元的设计。这些电路单元可以从数字电学、模拟电学、电力电子技术、高频电子电路、单片机、电子测量技术中学习。先了解课本上经典电路的计算、仿真和验证。不要以为书上的公式简单，实际操作就是另一回事了。比如书中的反相放大器电路是双电源，需要单电源偏置，带宽增益积，压摆率等。不得不考虑。这里提倡先计算，后模拟，再实物的操作流程。同时这也是一个需要长期积累的过程。

2.掌握MCU。可以参考本博客中的“如何学习单片机”。

3.芯片的使用和互连。

理论章节没有写电子专业英语，这里就用专业英语。可以看英文教材，也可以用翻译软件。这里必须提到的是，任何因为英语不好而看不懂数据表的人，都是做不了电路设计的。因为你会一直用一个奇怪的芯片，你会一直遇到没有中文信息的情况。基本上，任何能理解数据表的人都能使用该芯片。事实上，他们也***数据手册上的参考电路。剩下的就是芯片互联了。

在单片机中也讨论了芯片互连，即接**术。5V ADC与3.3V MCU互连，这取决于信号的电平和传输速率。3.3V单片机与启动电压为12V的MOS管互联，并增加三极管进行电平转换。3.3V单片机IO口的两个推挽输出互连，串联100R电阻，防止因代码操作不当烧坏IO口。

另外，要掌握常用的总线协议。如RS232、RS485、SPI、、CAN、LIN、zmodem、USB、PCIE、TCP/IP等。

第四，进阶练习。

在这里，相信你已经掌握了一些基本的电路，分析了一些简单的电路。但是，你总会遇到一些奇妙的现象。没错，是时候让你考虑SI，PI，EMC，EMI了。不要被这些看似高端的术语吓倒。分析也是前面学的电路原理，只是从不同的角度考虑问题。

1.信号完整性。这部分对PCB的布局布线影响很大。

A.利用阻抗匹配降低过冲、下冲和振铃的影响(有些射频电路对阻抗也有要求，比如天线等。).

B.差分线路应尽可能靠近，以降低差模干扰。

C.去耦电容应尽可能靠近芯片的电源引脚。

D.继电器等大功率设备应远离晶体振荡器等易受干扰的元件。

e、对于重要的信号线，覆盖地面。

f、尽量远离时钟线(时钟也可能成为干扰源)。

G.信号线的返回路径应尽可能短。

信号完整性有不少需要注意的地方。有关详细信息，请参考王建宇的高速电路设计实践。

2.PI，电源完整性。保证电源的完整性，就是防止电源电压的波动。详情请参考本博客中去耦电容的作用。

3.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，其实就是不干涉别人和不让别人干涉的问题。EMC/EMI的问题可以归结为SI的问题，但是EMC有一套验证标准，所以有不同的叫法。

推荐Cadence高速电路设计:Allegro Sigrity SI/PI/EMC设计指南。

动词 （verb的缩写）总结。

1.不要以为写下一些公式作为秘密就学会了魔法，这是不现实的。前期的学习一定要以理论为核心，少量的实践可以帮助我们理解理论，然后才能逐步增加实践。理论和实践相辅相成，缺一不可。

2.硬件电路出了问题，工程师的每一步操作都有理论指导。

3.千万不要因为怕犯错误而不敢做板子。硬件工程师也是不断犯错，修正总结，然后才逐渐成熟，减少犯错的概率。如果你不知道哪里出了问题，说明你无法积累经验。

4.生产和测试没有问题，如电线，PCBA，BOM，夹具，研磨芯片，包装(QC标签，易碎纸，说明书)等。

5.因为大部分电路功能都是用芯片实现的，而且几乎所有的原理图都是从数据表上抄来的，所以硬件工程师最有价值的技能就是PCB和调试能力。

6.因为硬件工程师经常需要和软件工程师沟通，为了方便沟通，你要学习ARM、FPGA、DSP等相关知识，只是侧重点不同，否则会给你的工作带来一些麻烦。