本文獻(xiàn)給那些剛開始或即將開始設(shè)計(jì)硬件電路的人。時(shí)光飛逝，離俺最初畫第一塊電路已有3年。剛剛開始接觸電路板的時(shí)候，與你一樣，俺充滿了疑惑同時(shí)又帶著些興奮。在網(wǎng)上許多關(guān)于硬件電路的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)讓人目不暇接。像信號(hào)完整性，EMI，PS設(shè)計(jì)準(zhǔn)會(huì)把你搞暈。別急，一切要慢慢來。

1)總體思路。設(shè)計(jì)硬件電路，大的框架和架構(gòu)要搞清楚，但要做到這一點(diǎn)還真不容易。有些大框架也許自己的老板、老師已經(jīng)想好，自己只是把思路具體實(shí)現(xiàn);但也有些要自己設(shè)計(jì)框架的，那就要搞清楚要實(shí)現(xiàn)什么功能，然后找找有否能實(shí)現(xiàn)同樣或相似功能的參考電路板(要懂得盡量利用他人的成果，越是有經(jīng)驗(yàn)的工程師越會(huì)懂得借鑒他人的成果)。

2)理解電路。如果你找到了的參考設(shè)計(jì)，那么恭喜你，你可以節(jié)約很多時(shí)間了(包括前期設(shè)計(jì)和后期調(diào)試)。馬上就copy?NO，還是先看懂理解了再說，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。

3)沒有找到參考設(shè)計(jì)? 沒關(guān)系。先確定大IC芯片，找datasheet，看其關(guān)鍵參數(shù)是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關(guān)鍵參數(shù)，以及能否看懂這些關(guān)鍵參數(shù)，都是硬件工程師的能力的體現(xiàn)，這也需要長期地慢慢地積累。這期間，要善于提問，因?yàn)樽约翰欢臇|西，別人往往一句話就能點(diǎn)醒你，尤其是硬件設(shè)計(jì)。

4)硬件電路設(shè)計(jì)主要是三個(gè)部分，原理圖，pcb ，物料清單(BOM)表。原理圖設(shè)計(jì)就是將前面的思路轉(zhuǎn)化為電路原理圖。它很像我們教科書上的電路圖。pcb涉及到實(shí)際的電路板，它根據(jù)原理圖轉(zhuǎn)化而來的網(wǎng)表(網(wǎng)表是溝通原理圖和pcb之間的橋梁)，而將具體的元器件的封裝放置(布局)在電路板上，然后根據(jù)飛線(也叫預(yù)拉線)連接其電信號(hào)(布線)。完成了pcb布局布線后，要用到哪些元器件應(yīng)該有所歸納，所以我們將用到BOM表。

硬件電路是電路系統(tǒng)的重要組成部分，硬件電路設(shè)計(jì)是否合理直接影響電路系統(tǒng)的性能。硬件電路設(shè)計(jì)的一般分為設(shè)計(jì)需求分析、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、工藝文件處理等幾個(gè)階段，設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都可能成為導(dǎo)致設(shè)計(jì)成功與失敗的關(guān)鍵。

隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的不斷發(fā)展，電路系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，組成卻越來越簡單，軟件設(shè)計(jì)的重要性逐漸提高，但硬件電路設(shè)計(jì)的重要性不容忽視。軟件設(shè)計(jì)得再完美，若硬件電路設(shè)計(jì)不合理，系統(tǒng)的性能將大打折扣，嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作。硬件電路的設(shè)計(jì)一般分為設(shè)計(jì)需求分析、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、工藝文件處理等幾個(gè)階段。

高速嵌入式硬件設(shè)計(jì)培訓(xùn)課程為您講解高速嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。兩天的課程采取理論講解和實(shí)際設(shè)計(jì)演示相結(jié)合的方式，完成從元器件選擇、電路圖設(shè)計(jì)到PCB設(shè)計(jì)調(diào)試的全過程。廣大工程師通過此培訓(xùn)可以掌握先進(jìn)的高速嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠完成高速嵌入式系統(tǒng)PCB及相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)、調(diào)試任務(wù)。

硬件電路的設(shè)計(jì)需求是基于項(xiàng)目或控制平臺(tái)的系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)需求的合理分析是選用電路核心元器件及其典型電路的關(guān)鍵。硬件電路的通用設(shè)計(jì)需求有應(yīng)用環(huán)境、面積/體積限制、電源、功耗等，此外功能不同電路需求也不同。以某控制平臺(tái)典型電路為例，設(shè)計(jì)前必須關(guān)注的需求如表所示。

硬件培訓(xùn)行業(yè)良莠不齊，劣幣驅(qū)逐良幣再正常不過，不排除有很多認(rèn)識(shí)的老師教的都很好，我不會(huì)一棍子打死， 這里只是隨便聊聊。這幾年，我在培訓(xùn)上的花費(fèi)也幾萬塊了(雖然大多都沒看過)，有一定的發(fā)言權(quán)。下面跟大家講下我的一些想法，僅供參考。

一說培訓(xùn)亂象:

某些不靠譜的培訓(xùn)，只會(huì)販賣焦慮(如果你不學(xué)習(xí)就掛了，人生失去意義，你是最LOW 的LOW B)，卻不能好好備備課，學(xué)員的時(shí)間，金錢花費(fèi)到上面，卻學(xué)的糊里糊涂，知識(shí)體系混亂，工作中毫不實(shí)用，懷疑人生。

二說硬件培訓(xùn)亂象:

教你走捷徑，三五個(gè)月一定拿高薪(扯淡) 。幾個(gè)月培訓(xùn)能拿高薪的，自己水平也很好。不管你基礎(chǔ)咋樣，瘋狂灌鴨式學(xué)習(xí)，不管你有沒有走火入魔。任何行業(yè)都不可能四五個(gè)月學(xué)會(huì)一項(xiàng)不錯(cuò)的職業(yè)技能拿高薪，軟件可能還有戲，硬件幾乎不可能，幾個(gè)月也就剛?cè)腴T吧，拿個(gè)入門工資問題不大。科班出身才是王道。不要急功近利，沒有捷徑，只有腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。尤其是做硬件，基礎(chǔ)更要扎實(shí)。

三說硬件培訓(xùn)亂象:

抄襲。東拼西湊和抄襲原廠等培訓(xùn)資料，而不自己去梳理課綱。 利用信息不對稱，轉(zhuǎn)授。自己都沒吃透，如何教別人。

四說硬件培訓(xùn)亂象:

原因:信息不對稱。 大家并不知道，在那個(gè)階段，水平，哪些學(xué)習(xí)資料，視頻，文檔，書籍，是最好的，大家覺得最好的都是哪些。于是看到鋪天蓋地的宣傳，一拍腦袋就報(bào)名。而更好，更合適，更有營養(yǎng)的資料，卻被忽視了。

五說硬件培訓(xùn)亂象:

路飛建議: 針對基礎(chǔ)知識(shí)還是學(xué)習(xí)MIT,清北等優(yōu)質(zhì)教材，和原廠如ADI,TI,ST等的優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)視頻，文檔，自己消化吸收。(不會(huì)差) 自己消化和填鴨式教學(xué)是不一樣的。不要急于求成，安心修煉內(nèi)功，野生海參和人工種植的，價(jià)值是不一樣的。

寫到最后:個(gè)人覺得，優(yōu)秀電子工程師需要有扎實(shí)穩(wěn)固的基礎(chǔ)，充分的項(xiàng)目實(shí)踐試錯(cuò)，完善的不斷豐富的知識(shí)體系。顯而易見，這些不是初級(jí)的幾天培訓(xùn)可以給的。

硬件電路是電路系統(tǒng)的重要組成部分，硬件電路設(shè)計(jì)是否合理直接影響電路系統(tǒng)的性能。硬件電路設(shè)計(jì)的一般分為設(shè)計(jì)需求分析、原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、工藝文件處理等幾個(gè)階段，設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都可能成為導(dǎo)致設(shè)計(jì)成功與失敗的關(guān)鍵。

不懂硬件的人，會(huì)覺得硬件高深莫測，“為什么他改幾個(gè)電阻、電容就調(diào)出來，我弄個(gè)半天沒搞定?”，“噢，靠的是經(jīng)驗(yàn)”，但是經(jīng)驗(yàn)又是什么呢?不能形容，反正就是不明覺厲。

就是這種崇拜心理，才能觸發(fā)你的好奇心，去學(xué)下去，這也是成為工程師的首要條件，但這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要一條可供參考的學(xué)習(xí)路線，再加上99%的汗水和1%的靈感才可以。

硬件設(shè)計(jì)，可以說是包羅萬象，它涉及到非常龐大的知識(shí)量，而且，一個(gè)電路錯(cuò)一點(diǎn)小地方，都有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能工作，所以，搞硬件的人思維要非常縝密才可以，而這種思維要靠后面的學(xué)習(xí)來培養(yǎng)出來的，而不是說還沒入門，就否定了自己。

下面介紹硬件設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)路線。

一、初級(jí)理論篇。

1、高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)。 這里重點(diǎn)掌握微積分和矩陣，因?yàn)樵诤竺娴恼n程里面將會(huì)大量用到這兩個(gè)東西，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。

2、大學(xué)物理。 這里很多東西其實(shí)在高中有學(xué)到，重點(diǎn)掌握電阻、電容、電感的特性和電生磁、磁生電的原理，其中麥克斯韋方程組將會(huì)在射頻、微波中有用到。

3、電路分析基礎(chǔ)。 其實(shí)電路基礎(chǔ)的理論并不難，但是有些抽象的東西，是暫時(shí)不能很好地理解，比如說受控源(其實(shí)就是三極管)，所以學(xué)完模電還要再回過頭來再看一遍。這里重點(diǎn)掌握戴維南定理，不然后面沒法學(xué)。

4、模擬電子技術(shù)。 這是電子專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，至少學(xué)三遍，此外，學(xué)啃書是不行的，還得配合Multisim仿真軟件才能學(xué)好(實(shí)踐部分后面再介紹)。如果說電路基礎(chǔ)、高數(shù)當(dāng)中的答案都是明確、唯一的，那么模電的答案將是不明確、多樣化的，需要在實(shí)踐中權(quán)衡取舍，一定要把以前的思維轉(zhuǎn)變過來，不然后面沒法學(xué)。這門課全部都是重點(diǎn)，但是學(xué)完它，除了抄書上的電路，你仍然什么都做不了，因?yàn)檫€需要其它方面的知識(shí)一起用才可以。這里不得不提一下器件特性這個(gè)概念，沒有它將不能打開電路設(shè)計(jì)的大門，但是由于篇幅有限，以后再寫文章介紹。

5、數(shù)字電子技術(shù)。 這門課相對于模電來說，要簡單很多很多。它把三級(jí)管搭成各種門電路、觸發(fā)器，以便于直接把數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用起來，同時(shí)它也是FPGA的先修課，是硬件工程師向算法工程師(跟計(jì)算機(jī)的算法有很大區(qū)別)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。這門課全部都是重點(diǎn)，但是要真正掌握它，還是得學(xué)FPGA才可以。

6、電力電子技術(shù)。 這里講到晶閘管、IGBT和電力MOS管，都是用在強(qiáng)電領(lǐng)域的器件，是開關(guān)電源的先修課?？梢哉f電源是硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中最關(guān)鍵的部分，一個(gè)電源設(shè)計(jì)得好不好，直接影響整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作。其中整流、逆變、升壓、降壓電路，都是要重點(diǎn)掌握的。

二、中級(jí)理論篇。

1、復(fù)變函數(shù)。 這門課跟高數(shù)的微積分一樣，是一種數(shù)學(xué)工具。復(fù)數(shù)信號(hào)是物理不可實(shí)現(xiàn)的，但是為什么需要復(fù)數(shù)?誠然，正弦波(包括余弦，下同)有振幅、頻率和相位三要素，如何在一個(gè)圖上面表示振幅與頻率的關(guān)系或者相位與頻率的關(guān)系(方便觀察分析才需要這樣弄)?這就需要用到復(fù)數(shù)了，其中i或者j(因?yàn)殡娏鞯姆?hào)是i，所以才換成j，以防混淆)表示的就是方向，對應(yīng)著極坐標(biāo)的向量。我們可以把復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)成模和輻角的形式，想象一下，模就是時(shí)鐘的秒針，而輻角就是秒針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，秒針轉(zhuǎn)一圈就是個(gè)圓，而把這個(gè)圓的各點(diǎn)按照出現(xiàn)的時(shí)間先后，重新描繪在直角坐標(biāo)系中，就是一個(gè)正弦波。這就意味著，用復(fù)數(shù)可以表示一個(gè)正弦波的三要素，振幅就是模(秒針的長短)，相位就是秒針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，頻率就是秒針轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢。想一下，如果用實(shí)數(shù)來表示正弦波的三要素，是不是很麻煩?這里重點(diǎn)掌握留數(shù)、保形映射。

2、信號(hào)與系統(tǒng)。 介紹如何利用數(shù)學(xué)建模去描述電路，就是這門課要研究的內(nèi)容。什么是信號(hào)?LED燈的亮滅、喇叭發(fā)出的聲音、天線感應(yīng)的電磁波等，有實(shí)際用途的信息載體(包括聲、光、電、熱等)都是信號(hào)。什么是系統(tǒng)?就是處理信息載體的東西(包括放大器、傳動(dòng)裝置等)。系統(tǒng)是一種更為抽象的概念，可大可小，小到一個(gè)三極管，大到一個(gè)無線收發(fā)裝置，這些都要根據(jù)實(shí)際需求來確定，不能一概而論。這門課都是重點(diǎn)。

3、自動(dòng)控制原理。 自控原理是信號(hào)與系統(tǒng)的姐妹學(xué)科。介紹如何用數(shù)學(xué)建模的方法去分析電路，主要分析電路的穩(wěn)定性。其中，波特圖、PID都是要重點(diǎn)掌握的。學(xué)懂這門課就可以用里面的知識(shí)去分析一些較為復(fù)雜的帶運(yùn)放的電路，這種電路用KCL和KVL是仍然很難解決。

4、高頻電子線路。 高頻是模電的非線性部分。你會(huì)發(fā)現(xiàn)高頻里面很多內(nèi)容跟模電都差不多，也有放大器、振蕩器、功放，但是這些電路用在更高的頻段，所以分析方法有所不同。模電的功底較為扎實(shí)的情況下，再學(xué)這門課，就不覺得難，因?yàn)樗旧砭褪悄ｋ姷臄U(kuò)展，而不是全新的領(lǐng)域。這門課都是重點(diǎn)，至少學(xué)三遍。

5、單片機(jī)。 現(xiàn)在已經(jīng)很少不用CPU的硬件電路了，而單片機(jī)正是最簡單的CPU，所以掌握單片機(jī)也是很有必要的。其中單片機(jī)的接口電路也是相當(dāng)考驗(yàn)?zāi)愕?a href="/tags/硬件" target="_blank">硬件功底的。具體的學(xué)習(xí)路線可以參考本博客的《如何學(xué)習(xí)單片機(jī)》。