對于很多硬件工程師而言，每天都在忙活著手頭上的工作，但是有時候并不知道自己的水平去到哪里，也不知道怎樣提高，這在這個瞬息萬變的社會里面，其實有點危險!畢竟我們這些憑手藝吃飯的人不像某些尸位素餐的某猿，是跟不上潮流就會被淘汰的。所以就算我們不能成為最TOP的那個，也力爭成為排在前面的那一批人。

但我們工程師怎樣成為最TOP呢?該怎么學習呢?

根據(jù)我們從小受到的教育中我們知道，這首先要求我們對于知識要理解透徹，越深入越好，對于任何一個知識點，通過基本公式，用數(shù)學工具推導到最后來驗證高級定律和公式。我想對于這一點，高考物理是達到了極點，高中物理知識其實不難，但是我們?yōu)榱诉x拔的目的，把物理各種定律糅合在一起，結合一些腦筋急轉彎，復雜的運算，造成高考物理是最難的科目了。

但如果我們拿著解高考物理難題的精神來解決硬件問題，當然精神可嘉，工作之余還是值得鼓勵這種學習和探索精神的;可是這樣對于項目開發(fā)卻是沒有多少好處，畢竟硬件工程師的工作是工程開發(fā)，在規(guī)定的時間和預算之內完成硬件項目，而不是你在這個時間呢自己推導出來了什么公式和計算結果，那是科學家的工作，那是Research的工作。

工程開發(fā)一個重要特點就是“踩在前人的足跡”，就是通過過去幾十上百年的工程實踐，對于各種情況有了很多經(jīng)驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗方法，比如對于PCBlayout來說，基本上每個公司都有自己的design guidelines/check list，這就是公司在過去很多項目中總結出來的，每一條可以說都付出了“血”的代價，這是對于板級設計來說了;對于核心芯片和器件，就更是如此了，芯片或器件公司幾十數(shù)百人歷時數(shù)年搞出來的一款芯片和器件，又豈是你通過幾百頁datasheet可以徹底理解的。

大多數(shù)情況下，知道主要接口，參數(shù)，功能和性能就足夠了，尤其是芯片/器件公司提供的design guidelines或者application notes，里面一般都是芯片/器件工程師的肺腑之言，經(jīng)驗之談，一般來說沒有個十年二十年工作經(jīng)驗的工程師是寫不了這些東西的。

看起來雖然很簡單，看起來像是廢話，但是細細分析，結合電路定理和電磁定律，略微分析，就會發(fā)現(xiàn)簡直字字珠璣。剛畢業(yè)的好學生(一般來說學習好，喜歡啃難題，學習能力強，求知欲強)初干硬件設計，就會發(fā)現(xiàn)涉及的知識點和技術要點太多了，如果這個知識點想要理解透徹，那個知識點也要理解透徹，會發(fā)現(xiàn)一天24小時根本不夠用，但是對不起，公司請你過來不是讓你學習的，是要干硬件設計的，過一個月就要見原理圖了，你還在這捧著OrCAD手冊一個命令一個命令學習OrCAD使用技巧，研究為啥要有串行電阻呢，研究這個電容是取0.1uF還是0.01uF.。

有求知欲是好事，但是那是在工作之余，項目之余，虛心向前輩學習，盡量利用各種design guidelines，盡快完成設計工作，記錄自己的知識缺點，在業(yè)余時間努力學習，理解透徹，通過設計驗證/測試，加深對于知識點的了解，這才是正確的工作方法。

我在剛畢業(yè)的時候欣喜的發(fā)現(xiàn)傳輸線理論太重要了，遂花了一個月把傳輸線理論努力了一把，并推導了大量公式進行驗證，其實總結起來就是幾句話，阻抗匹配，如果接收端阻抗大于發(fā)送端，信號會怎么樣;如果小于，信號會怎么樣;如果開路，會怎么樣;如果短路，會怎么樣，這幾條基本每本信號完整性的書上都會介紹，也不會有很復雜的數(shù)學公式推導，知道就行了，然后就是如何平衡發(fā)射端的阻抗，串行電阻，PCB阻抗，匹配阻抗等等，都是簡單的數(shù)學公式。

所以說，對于求知欲特別強的人(比如我)，有時候一定要學會“淺嘗輒止”，充分利用前輩經(jīng)驗，避免陷入技術的誤區(qū)，比如放著公式不用，非得自己用二重積分推導一遍。硬件開發(fā)最主要的特點就是“廣博”，什么東西都要知道，一個好的硬件工程師就要什么都要懂一點，當然對于某些方面能夠深入一些到原理層次就更好了。

關于硬件設計的各種技術/標準/芯片/器件都要知道，需要的時候，能夠信手拈來，功能性能，參數(shù)特性，優(yōu)點缺點。

那一個好的硬件工程師應該具備哪些基本知識和能力呢?

1. 快速學習的能力：

作為一個通信汪，我就以通信設備方面來說吧!

一方面，通信技術，標準，芯片更新的太快了，快到你根本來不及系統(tǒng)的了解它，只能通過特定的項目，需求進行了解;另一方面對于公司來說，需要做的硬件產(chǎn)品也是變化很快，客戶需要T1， E1， PDH， SDH，Ethernet， VoIP， Switch， Router， 沒有人是什么都懂的，都需要能夠結合客戶的需求，選擇的芯片方案進行詳細了解，尤其對于接口協(xié)議和電氣特性。

假設你是做電源的，同理，你也需要對電源相關的知識和客戶的需求進行深入的理解和學習吧?

2. 對協(xié)議和標準的理解：

繼續(xù)用通信設備做代表。

通信設備，顧名思義，就是用來實現(xiàn)多種通信協(xié)議(比如T1， E1， V.35，PDH， SDH/SONET， ATM， USB， VoIP， WiFi， Ethernet， TCP/IP，RS232等等常用協(xié)議)實現(xiàn)通信的設備，各種電路，PCB板，電源都是為了通信協(xié)議服務的。

通信協(xié)議一般都是由芯片實現(xiàn)，要么是成熟的 ASIC，要么是自己開發(fā)的FPGA/CPLD，芯片工程師或者FPGA工程師比硬件工程師跟靠近通信協(xié)議，他們需要對于通信協(xié)議理解很透徹，實現(xiàn)各種邏輯上的狀態(tài)機以及滿足協(xié)議規(guī)定的電氣參數(shù)標準。按照OSI的七層模型，硬件工程師尤其需要專注于一層物理層和二層數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議標準，以 Ethernet距離，物理層是由PHY/transceiver芯片完成，數(shù)據(jù)鏈路層是由MAC/switch 芯片完成，對于從事Ethernet相關開發(fā)的硬件工程師來說，需要對于PHY和Switch芯片理解透徹，從編碼方式，電氣參數(shù)，眼圖標準，模板，信號頻率到幀格式，轉發(fā)處理邏輯，VLAN等等。

對于傳統(tǒng)PDH/SDH/SONET設備就更是如此，PDH/SDH/SONET是更硬件的設備，就是說主要協(xié)議都是通過ASIC實現(xiàn)的，軟件的功能主要是管理，配置，監(jiān)視，告警，性能，對于硬件工程師來說，必須要熟悉使用的相關協(xié)議和接口標準，尤其對于電氣規(guī)范，眼圖模板，這樣在設計驗證的時候才能胸有成竹。

如果你做智能家居的，你對藍牙、WIFI、Zigbee的新標準應該要深入了解吧，各自的優(yōu)劣勢也應該了如指掌吧，最新的標準有啥提升和缺點也可以信手拈來，說不定這樣你就能做出符合消費者需求的全新產(chǎn)品呢!也指不定在跳槽的時候，因為你掌握了一個別人還沒有了解的技術，而獲得成功呢!

3. 寫文檔的能力：

誠如軟件設計一樣，好的軟件設計需要好的設計文檔，明確需求，實現(xiàn)什么功能，達到什么驗收標準，隨著芯片集成度的增加，接口速率的提高，單板復雜度的提高，硬件設計也越來越復雜以及對應熱穩(wěn)定性，可靠性，電磁兼容，環(huán)境保護的要求，已經(jīng)不是通過小米加步木。倉的游擊戰(zhàn)可以解決了，每一個硬件項目都是一場戰(zhàn)爭，都需要好好的規(guī)劃，好好的分析，這就需要好好做文檔。

對于硬件工程師來說，最重要的文檔有兩個：一個是硬件設計規(guī)范(HDS ： hardware design specification)和硬件測試報告(一般叫EVT：Engineering Validation& Test report或者DVT： Design Validation & Test report)，對于HDS的要求是內容詳實，明確，主芯片的選擇/硬件初始化，CPU的選擇和初始化，接口芯片的選擇/初始化/管理，各芯片之間連接關系框圖(Block Diagram)，DRAM類型/大小/速度，F(xiàn)LASH類型/大小/速度，片選，中斷，GPIO的定義，復位邏輯和拓撲圖，時鐘/晶振選擇/拓撲，RTC的使用，內存映射(Memory map)關系， I2C器件選擇/拓撲，接口器件/線序定義，LED的大小/顏色/驅動，散熱片，風扇，JTAG，電源拓撲/時序/電路等等。

對于DVT來說，要求很簡單也很復雜：板卡上有什么接口，芯片，主要器件，電路，就要測試什么，尤其在板卡正常工作的情況下的電源/電壓/紋波/時序，業(yè)務接口的眼圖/模板，內部數(shù)據(jù)總線的信號完整性和時序(如MII， RGMII， XAUI， PCIe，PCM bus， Telecom Bus， SERDES， UART等等)，CPU子系統(tǒng)(如時鐘，復位，SDRAM/DDR，F(xiàn)LASH接口)。

好的硬件工程師無論是做的文檔還是報道都是令人一目了然，這個硬件系統(tǒng)需要用什么方案和電路，最后驗證測試的結果如何。內容詳實，不遺漏各種接口/電路;簡單名了，不說廢話;圖文并茂，需要的時候一個時序圖，一個示波器抓圖就很能說明問題了。

4. 儀表/軟件的使用能力：

儀表包括電烙鐵，萬用表，示波器，邏輯分析儀，誤碼儀，傳輸分析儀，以太網(wǎng)測試儀Smartbits/IXIA，熱量計，衰減器，光功率計，射頻信號強度計等等;軟件包括Office(Outlook，Word， Excel， PowerPoint， Project， Visio)，PDF，常用原理圖軟件Pads或者OrCAD，常用PCB軟件Pads或者Allegro，Allegro Viewer，電路仿真軟件PSPICE，信號仿真軟件HyperLynx等等。

無論儀表還是軟件，在政治經(jīng)濟學里說都是生產(chǎn)工具，都是促進生產(chǎn)力提高的，作為硬件工程師來說，這些儀表和軟件就是手中的木。倉炮，硬件工程師很大一部分能力的體現(xiàn)都在與儀表和軟件的使用上，尤其對于原理圖軟件和示波器的使用，更是十分重要，原理圖軟件的使用是硬件設計的具體實現(xiàn)，通過一個個器件的擺放，一個個NET的連接，構成了是十分復雜的硬件邏輯軟件，是整個硬件設計的核心工作，任何一個原理圖上的失誤和錯誤造成的損失都是巨大的，真是“如履薄冰，戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢”。

另外，原理圖軟件的使用還體現(xiàn)在原理圖的美觀上，好的設計，簡單明了，注釋明確，無論是誰，順著思路就能很快搞清楚設計意圖，需要特別注意之處，不好的設計，東一個器件，西一個器件，沒有邏輯，命名怪異，難以理解，日后維護起來相當麻煩;示波器在所有測試儀表之中，對于硬件工程師是最重要的，無論原理圖還是PCB都是設計工作，但是任何設計都需要仔細的驗證測試，尤其在信號方面，都需要大量的示波器工作，不會正確的使用示波器根本談不上正確的驗證，接地有沒有接好，測試點的選擇，觸發(fā)的選擇，延時的選擇，幅度、時間的選擇，都決定著測試的結果。如果錯誤的使用示波器必然帶來錯誤的測試結果，這種情況下，有可能本來是錯誤的設計被誤認為是正確的，帶來巨大的隱患;本來是正確的設計被誤認為是錯誤的，帶來大量的時間精力浪費。

5. 電路設計的能力：

隨著芯片集成度的提高，硬件設計似乎變簡單了。首先是邏輯連接，其次考慮信號完整性需要的串行電阻選擇和并行電容選擇，電源濾波，退耦。不過對于好的硬件工程師來說，簡單的邏輯連接(這個芯片的同樣總線的輸出接另一個芯片的輸入，等等)，只是硬件設計的最基本技能，電路是芯片功能，通信協(xié)議和各種軟件的載體，沒有對電路的深入理解，根本談不上對硬件設計的深入理解，尤其對于芯片后面列的電氣性能參數(shù)或者離散器件各種參數(shù)的理解，胡亂亂接，可能在3.3V的總線上可以工作，但是現(xiàn)在工作電壓已經(jīng)降到1V了，什么概念，信號線上的噪聲都已經(jīng)大到可以使采樣出現(xiàn)誤判了，隨著信號速率的提高和工作電壓的降低，數(shù)字信號已經(jīng)越來越模擬化了，這就需要對于PCB的阻抗，容抗，感抗，離散器件(電阻，電容，電感，二極管，三極管，MOSFET，變壓器等)，ASIC的接口電氣參數(shù)深入了解，這都需要對電路原理，模擬電路甚至電磁場理論深入學習，電路可以說是電磁場理論的子集，沒有電磁場理論的理解，根本談不上對于電容，電感，串擾，電磁輻射的理解。

尤其對于電源電路設計上，現(xiàn)在芯片電壓多樣化，電壓越來越低，電流越來越大，運營商對于通信設備功耗的嚴格要求，散熱要求，對于電源設計的挑戰(zhàn)越來越大?？梢哉f，對于一個硬件設計來說，40%的工作都是在于電源電路的原理圖/PCB設計和后期測試驗證，電源電路設計是硬件工程師電路能力的集中體現(xiàn)，各種被動器件、半導體器件、保護器件、DC/DC轉換典型拓撲，都有很多參數(shù)，公式需要考慮到，計算到。

6. 溝通和全局控制的能力：

硬件工程師在一個硬件項目中，一般處于Team leader的作用，要對這個硬件項目全權負責，需要協(xié)調好PCB工程師，結構工程師，信號完整性工程師，電磁兼容工程師等各種資源，并與產(chǎn)品經(jīng)理，項目經(jīng)理，軟件工程師，生產(chǎn)工程師，采購工程師緊密配合，確保各個環(huán)節(jié)按部就班，需要對整個項目計劃了然于胸，各個子任務的發(fā)布時間，對于可能出現(xiàn)的技術難題和風險的估計，控制。

對于外部來說，硬件工程師還要與芯片的分銷商，F(xiàn)AE處理好關系，爭取獲得更大的技術支持和幫助;與EMC實驗室，外部實驗室打好交道，獲得更靈活的測試時間和更多的整改意見。

寫這篇文章，只是自己的個人看法，并不代表每個人按照這個方法都能成功，畢竟這個世界很多事情都沒有參考性，但是，總的來說保持長期學習的態(tài)度，有一顆愛崗敬業(yè)的心，然后深入研究，誰都能成功的!

關鍵詞： 硬件工程師 PCB