硬件工程师学习：
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要了解什么是直流电、什么是交流电，我们先从直流电开始吧~
1：先学抵抗（很无聊）
2：了解电容器（有点意思）
3：连接二极管，（呃？太神奇了）
4：干脆买低压低频交流电。
5：交流转直流转换
6：开始进入三极管（终于开始三足家伙了）
7：学习电子开关，一个是硬开，一个是硬关； 另一个是软开和软关。
8：开始准备运放，①学习比较器，②学习放大。
9：回去开始加电感（回到两脚）
10：简单功能IC（开始翻PDF）
11：我现在终于熟练了，我正在考虑如何利用这些小玩意来减肥。
12：介绍单片机的概念
13：门电路启动
14：开始使用流程图和逻辑图
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它
17：开始展开啦~（先回书本吧）？
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其实我的硬件学习路径和我在up中提到的基本是一样的。 我先粗略学习基本元件，然后学习51单片机，然后看懂原理图，学习功能电路，最后学习焊接和EDA软件的使用。
当我第一次学习EDA软件时，我不会告诉你关于元件选择的事情。 你只需要跟着图画走就可以了。 画完之后拿到板子上（反正jlc是白来的），就可以看到一步步画出来的电路板居然可以拿在手里了。 然后我研究别人的电路，抄别人的电路模仿，慢慢学会了在出现硬件问题时如何调试和使用示波器、万用表和频谱分析仪。 我查看了别人电路的功能以及它们是如何实现的。 然后就去找马云看看有没有现成的模块出售。 我买了它们并研究了它们。 我逐渐学会了如何选择电路芯片，然后我也收到了商店的数据。 手册慢慢了解芯片数据手册。 （其实你做单片机的时候就应该知道这一点，当时你只了解流水灯的138解码器。）那么你在接触各个芯片厂家的时候，选型就不会那么单一了。 比如以前ldo一直喜欢用ams1117，国内其实有很多优秀的电源芯片厂商。
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如何学习硬件设计——实践
实用的教程和操作性的东西是很难用语言表达的。 我们只能把最关键的公式写下来protel软件教程，让大家在实践中体会。
一般来说，缺乏经验的工程师或学生，当他们拿着项目作业文件或成品电路板时，往往会感到无从下手。 主要原因是知识储备不足、实践少、动手经验少。
不过不用担心，这需要慢慢积累。 同样，也不要担心拥有的东西太多，学完不知道什么时候才能自立，因为很多东西都是相通的。
下面介绍硬件设计的实践路线。
1.初级练习。
1.焊接。
首先来看看杜阳前辈的焊接视频。 看了他的视频后我还学会了如何焊接。
视频中也会提到要点，这里简单讨论一下（冲孔板的焊接不讨论）。
拖焊时，先将芯片对齐，然后涂锡固定一个角，然后将另一侧填锡，最后将整个芯片填满锡。 拿起板子，倾斜30度左右，然后用烙铁加热，吸干液态锡，抖落，直至锡全部被吸走。 烙铁的温度需要适当调整，我一般用350摄氏度。 需要了解的重要一点是，当锡变成液体时，它会像水一样通过重力向下流动。 另外，烙铁头表面有吸力，整个焊接过程中不要用力刮锡。 如果焊接时操作不顺畅，可以旋转板子。
对于BGA的焊接，一般不建议手工操作，因为成功率不高。 建议使用返修站。 下面讲一下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，另外也有植锡台，但相当贵），将其与BGA对齐，然后用胶带将BGA粘好钢网就位。 先加入锡膏，然后用风枪吹一会儿（风枪的风速和温度可以调低一些）。 当锡变得更亮时，用手术刀刮掉多余的锡。 如果焊球不均匀，请重复上一步，直到焊球均匀。 撕下胶带并使用手术刀撬起 BGA。
2.仪器的使用。
A。 万用表。 为什么叫这个名字？ 因为对于专家来说，万用表几乎是万能的。 一般用于测量电压、电流和电阻。
b. 示波器。 如今，使用数字示波器，可以通过自动按钮轻松完成。 它们还具有 FFT 功能，可以使用频域分析方法。 它们是硬件工程师必须掌握的法宝。 示波器还有一个小众功能，就是利萨如图（用于测量相位差和频率）。 另外，还必须学会使用示波器测量开关电源的纹波。
C。 数字电桥，也称LCR、LCZ测试仪。 可用于测量电感值、电容值、电阻值、Q值、D值等，精度比普通万用表高。
d. 信号发生器，又称函数信号发生器。 可输出正弦波、方波、三角波和调制信号。 使用方法比较简单，但对于射频信号发生器来说，在输出信号之前必须注意阻抗匹配，否则信号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，也称网络分析仪。 用于测量射频电路的S参数矩阵，还可以显示史密斯圆图。 每次使用前必须校准频点。
H。 频谱分析仪。 就看频谱，有示波器的功能。
还有一些小众仪器我就不提了，比如漏电流测试仪、电表等。
3、维护。
首先，目视检查电路板，看看是否有任何焊锡不牢、短路或缺少元件的情况。 有则耕；有则耕；有则耕。 如果没有，则采取下一步。
然后用万用表测试各组电源，看看是否有短路的情况。 有则耕；有则耕；有则耕。 如果没有，则采取下一步。
给板子上电，检查各组电源电压是否正常。 有则耕；有则耕；有则耕。 如果没有，则采取下一步。
此时，你必须对板子的整体设计有一定的了解，或者你必须记住前人的经验（记住经验的人往往认为硬件很神秘，这是我不推荐的），否则将不会被修复。 首先将板子的各个功能划分为模块，根据现象判断哪个模块有问题，断开可疑模块，排除可疑点（像侦探一样）。 如果你有一块好的板子，这个问题很容易解决。 您可以直接测量各个元件的电压（或对地电阻）。 万用表只能解决一些简单的问题。 如果想要彻底修复的话，手头上一定要有示波器，因为像对晶振的干扰之类的东西是无法用万用表测量出来的。
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。 这需要扎实的理论基础。 调试也是硬件工程师积累经验最简单、最有价值的技能之一。 如果前期遇到困难的问题，可以暂时放下，等等级高了之后就能解决。 所以不要惹上麻烦，因为这只会浪费更多时间。 调试技巧需要长期积累，所以放在前面是为了让大家关注。
调试方法有很多种，要根据情况而定，不能一概而论。 作者总结了以下几种方法：
A。 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，然后才能知道测量是否正确。 换句话说，如果理论不好，根本就无法调试。
b. 与验证电路进行比较。 如果你手头有一块好板，而需要调试的电路恰好有一块好板的电路，那么你可以拿着板子跑几根线来验证一下，消除任何可疑点。 这里的方法和修复方法是一样的。
C。 模拟。 其实设计电路的时候，能仿真就先仿真。 如果做出实物后仍然存在问题，也可以模拟一下。 如运放电路的参数、电阻的串并联不确定等。
d. 镊子短路了。 当怀疑时钟对其他信号有干扰时protel软件教程，可以用镊子将时钟引脚短接到地（只要是微弱信号，短接到地一会儿就不会烧板子，别担心）消除可疑点。 还有复位的问题，也可以用这个方法。
e. 出现信号。 例如，如果运放电路的输入和输出都受到干扰，可以使用信号发生器或开发板输出干净的信号，这样可以消除可疑点。
F。 软件调试。 如果板上有CPU，可以使用串口进行调试，如果有FPGA，可以使用嵌入式逻辑分析仪。 这样您就可以确定问题是芯片内部还是外部。
G。 观察现象。 信号在板上运行，无法直接观察。 此时，可以将信号线引出，连接到可观测设备上。 例如，在调试音频放大器时，可以将信号连接到现成的完好的功率放大器上，通过听声音来观察现象。 当然，你不仅仅想到功率放大器，还有其他可观察的设备或部件，比如LED灯、监视器，甚至收音机，只要能用就行。
2.中级练习。
1.模拟软件的使用。
常用的仿真软件只有少数，如proteus、multisim、labview、pspice、ADS、saber等，大部分采用spice仿真模型。
a.变形杆菌。 这个软件非常适合模拟单片机，并且有很多组件库，但是它有一个致命的缺陷，那就是太智能了。 单片机无需连接电源或晶振即可正常工作。 这与现实相差很大，所以笔者建议使用开发板来学习单片机。
b. 多重模拟。 该软件非常适合模拟电路的仿真。 事实上，它本质上是香料模拟，但界面要简单得多，适合初学者。 虽然有8051库，但它们不适合模拟微控制器，并且模拟速度非常慢。 元件库其实不多，比如0805三极管，都没有。 这时只能用其他三极管（2N2222等）代替，或者自己制作这个元件库。 Multisim还可以与ultiboard结合使用，进行实际的板级仿真（与PCB一起仿真）。
C。 实验室视图。 这个软件功能非常强大，可以模拟模拟和数字电路，以及上位机（如虚拟仪器等）。 最显着的特点是图形输入，可以通过使用鼠标进行一些操作来模拟。
d.pspice。 该软件是cadence或SPB开发套件中的软件，通常在capture中调用。 使用capture就不需要输入spice命令了，非常方便。 其中pspice的图比multisim的更好看。 例如，如果您测量多个节点的电压，您可以在 pspice 的一张图中清楚地看到它。
e.ADS。 此ADS指的是Agilent的Advanced.Design.System，而不是ARM编译器ADS1.2。 ADS 是电路仿真的产物。 它的功能非常强大，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进行仿真，但不适合初学者。
F。 军刀。 该软件专门用于模拟电源电路。 笔者尚未使用过，不予评论。
2.电路设计软件的使用。
主流的电路设计软件有三种：Altium Designer、PADS、Cadence，当然也有一些小众的，比如Eagle。 这里我们只介绍三个主流软件。
Altium Designer（简称AD），之前的版本有protel 99se、protel DXP，用法都差不多，非常适合初学者使用，3D渲染效果最好，也是学校里教得最多的软件。 不过很多公司不使用这个软件，因为如果用它画多层板，电脑会很卡，而且如果公司人多的话，可能会收到Altium的律师函。 您可以将其用于 FPGA 开发和板级仿真。 适用于小尺寸PCB。
PADS，以前的版本是电源PCB，分为三个部分：逻辑（原理图）、布局（布局和设置规则）、路线（布线）。 最有特色的功能是：使用极坐标放置元件和自动布线（这个Autorouting没有AD那么差）。 适合中小型PCB，但逻辑相当难用，所以有人用orcad+PADS来弥补这个缺点。 适用于中小型PCB。
Cadence（也称为 SPB）是一个系统级套件。 除了画原理图和PCB外，还可以画layout、仿真电路、仿真SI/PI等。Cadence收购了orcad。 目前，capture（也称为orcad）用于绘制原理图，allegro用于绘制PCB，pspice用于模拟电路（从capture调用），Sigrity用于模拟SI/PI（需要额外安装）。 用capture来画原理图是非常酷的。 比如要画一个芯片的原理图，可以用excel写出来（管脚号和部分管脚名称，比如D0~D7，用鼠标拖动就可以了），然后复制进去就可以了捕获并进行一些调整。 不过用allegro画包就比较麻烦了。 需要提前画好焊盘才可以画封装。 适用于中、大型PCB。
3.其他软件的使用。
AutoCAD 用于绘制板框，solidworks 或 pro-e 用于绘制 3D 包，MATLAB 用于科学计算。
autoCAD的基本用法比较简单。 如果有人教你，半个小时就可以上手。 对于硬件工程师来说，只需画出板框，保存为DXF格式，然后导入到PCB设计软件中即可。 同时DXF也是一种供硬件工程师和结构工程师交互的文件格式。
与pro-e相比，solidworks更容易学习和使用。 您可以使用这两个软件绘制元件的3D封装，然后将PCB导出为stp格式并放入solidworks中。 这样在板子打印之前就可以看到整机的效果图了。 学习3D软件的另一个好处是可以让你更好地了解板子的安装情况，比如定位孔、插座、接线等，这样设计出来的PCB就不会轻易因为结构问题而无法安装，这是很多硬件工程师容易忽视的一点。
MATLAB 可用于任何计算。 简单的计算，如电阻分压、滤波器截止频率等，以及更复杂的计算，如定向耦合器的参数计算、复杂运放电路的建模等，都可以用MATLAB轻松解决。 这里还推荐一个网页版的计算工具。
3.高级中级练习。
1、基本电路单元的计算、仿真与验证。
诚然，无论多么复杂的电路板，按照功能都可以分为若干模块，而这些模块又可以进一步划分为无数的电路单元。 因此，首先要掌握最基本的电路单元的设计。 这些电路单元可以在数字电子学、模拟电子学、电力电子技术、高频电子电路、单片机、电子测量技术等方面进行学习。 首先要了解课本上经典电路的计算、仿真、验证。 别以为书上的公式很简单，但实际操作起来，又是另一回事了。 例如书中的反相放大电路就有双电源。 如果使用单电源，则必须添加偏置，并且还必须考虑带宽增益积、压摆率等。 这里我们提倡先计算，再模拟，最后才是实际的操作过程。 同时，这也是一个需要长期积累的过程。
2.掌握单片机。 你可以参考这篇博客的《如何学习单片机》。
3、芯片使用及互连。
理论章节没有提到电子专业英语。 这里使用的是专业英语。 您可以阅读英文教材或使用翻译软件。 这里必须提到的一件事是：那些因英语不好而看不懂datasheet的人将无法进行电路设计。 因为你总会遇到陌生的芯片，总会遇到没有中文信息的情况。 基本上，任何能看懂数据表的人都可以使用该芯片。 事实上，他们复制了数据表上的参考电路。 剩下的就是芯片互连了。
芯片互连就是接口技术，在微控制器中也有讨论。 5V ADC与3.3V微控制器互连，这取决于电平和信号传输速率。 3.3V单片机与12V开启电压的MOS管互连，并增加晶体管进行电平转换。 两个3.3V单片机的IO口推挽输出互连，并接一个100R的电阻，防止不当的代码操作烧坏IO口。
此外，还必须掌握常用的总线协议。 如RS232、RS485、SPI、IIC、CAN、LIN、zmodem、USB、PCIE、TCP/IP等。
4. 高级实践。
到这里，相信你已经熟悉了一些基本电路，也能分析一些简单的电路了。 然而，你总会遇到一些奇怪的现象。 没错，你该考虑SI、PI、EMC、EMI了。 不要被这些看似高端的术语吓倒。 经过分析，也是之前学过的电路原理，只是考虑问题的角度不同。
1. SI，信号完整性。 这部分内容对PCB的布局和布线影响较大。
A。 利用阻抗匹配来减少过冲、下冲和振铃的影响（有些射频电路也有阻抗要求，如天线等）。
b. 差分线应尽可能靠近，以减少差模干扰。
C。 去耦电容应尽可能靠近芯片的电源引脚。
d. 继电器等大功率器件应远离晶体振荡器等易受干扰的器件。
e. 对于重要的信号线，请将地线覆盖。
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。
在信号完整性方面，还有很多事情需要注意。 详细内容请参考王建宇的《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。 详细内容请参考本博客的《去耦电容的作用》。
3、EMC/EMI、电磁兼容和电磁干扰。 这两个词看上去可能有点高大上，但其实就是不打扰别人和不被别人打扰的问题。 EMC/EMI问题可以归结为SI问题，但EMC有一套验证标准，所以还是有不同的叫法。
推荐《Cadence高速电路设计：Allegro Sigrity SI/PI/EMC设计指南》。
5.总结。
1、不要以为记住了某些口诀秘籍，就掌握了神通。 这是不现实的。 早期的学习一定要以理论为主，少量的实践帮助理解理论，后期可以逐渐加上实践。 理论与实践相辅相成，缺一不可。
2、当硬件电路出现问题时，工程师的每一步操作都是有理论指导的。
3、不要怕犯错误，不敢犯错误。 硬件工程师不断地犯错误、纠正、总结，然后慢慢成熟，减少犯错误的概率。 如果你不知道自己的错误，也意味着你无法积累经验。
4.本文未提及生产和测试问题，如线材、PCBA、BOM、拼图板、测试治具、抛光芯片、包装（QC标签、易碎纸、说明书）等。
5、由于大部分电路功能都是由芯片实现的，而原理图几乎都是从datasheet上抄来的，所以对于硬件工程师来说最有价值的技能就是PCB和调试能力。
6、由于硬件工程师经常需要与软件工程师进行交流，为了方便交流，你必须学习ARM、FPGA、DSP等相关知识，但侧重点不同，否则会给你的工作带来一定的麻烦。 。
