1. 軟件是個(gè)坑，硬件是大坑。

對(duì)于剛剛畢業(yè)的學(xué)生們來(lái)說(shuō)，選硬件還是寫(xiě)軟件，可能一直是個(gè)比較糾結(jié)的問(wèn)題。硬件工程師似乎從來(lái)不像軟件工程師那么風(fēng)光。大家一想到搞硬件的，可能馬上出現(xiàn)的形象是，一個(gè)不修邊幅的老兄，笨手笨腳地手捏電烙鐵，在電路板上一陣亂戳，表達(dá)他的熱愛(ài)。而這熱愛(ài)的對(duì)象有時(shí)候并不那么領(lǐng)情，時(shí)不時(shí)在通電后滋滋怪響，然后冒出一縷青煙，作為對(duì)這種單相思的輕蔑。

嗯，每次新板子做好，上電瞬間，可以祈禱的就是千萬(wàn)別冒煙。這可不是杜撰，看一看群里兄弟們，誰(shuí)沒(méi)碰到過(guò)呢？

其實(shí)軟件也有很囧的時(shí)候，下面是我一個(gè)程序猿朋友的親身經(jīng)歷：

我是個(gè)程序猿，一天我坐在路邊一邊喝水一邊苦苦檢查bug。這時(shí)一個(gè)乞丐在我邊上坐下了，開(kāi)始要飯，我覺(jué)得可憐，就給了他1塊錢，然后接著調(diào)試程序。他可能生意不好，就無(wú)聊的看看我在干什么，然后過(guò)了一會(huì)，他幽幽的說(shuō)，這里，少了個(gè)分號(hào)。。。分號(hào)。。。分號(hào)。。。

嗯，此笑話來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)完玩笑，還得聊點(diǎn)兒正事兒。作為一個(gè)硬件工程師，怎樣才能設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品。

2. 硬件工程師，不容易

有一個(gè)看法是現(xiàn)在芯片廠家，或者方案商都會(huì)提供比較完整的參考設(shè)計(jì)，硬件工程師只要比照著抄一下就可以了。持這種看法的人，一定是沒(méi)做過(guò)硬件的吧？就拿最簡(jiǎn)單的點(diǎn)個(gè)LED燈來(lái)說(shuō)，咱們長(zhǎng)時(shí)間觀察，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的真不多。拿LED做栗子的好處，是它容易暴露問(wèn)題，而且這種產(chǎn)品出問(wèn)題也沒(méi)什么大不了的，最多賠點(diǎn)錢了事兒。無(wú)圖無(wú)真相，上圖：

(https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/NsFXGkXyWyuiaCL2NC2dv1PIc0d4kGicApbwWgcWEHcS8j6Pf0qXJdp4kiajOEvTzkYPk4ZMUwxDicOnfPrxyGibrtw/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

還有一些產(chǎn)品，不像這樣能一眼看出來(lái)，有的在運(yùn)行幾年后出問(wèn)題，或者某種不常見(jiàn)的條件下，才會(huì)觸發(fā)，這種就更難處理了。如何能設(shè)計(jì)出性價(jià)比高，又長(zhǎng)期運(yùn)行可靠的產(chǎn)品，對(duì)硬件工程師確實(shí)是一大挑戰(zhàn)。

3. 硬件工程師之7種武器

除了數(shù)電，模電，C語(yǔ)言，C++，計(jì)算機(jī)原理，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，算法，畫(huà)原理圖，布PCB板，焊接，調(diào)試這些基本技能，硬件工程師還要從多角度考慮問(wèn)題，下面我們從7個(gè)方面聊一下。

需求分析

這個(gè)不太受重視，實(shí)際上是非常重要的第一步。從項(xiàng)目管理的角度，第一個(gè)任務(wù)就是要跟客戶深入溝通，需要哪些功能，要比客戶考慮的更多。往往客戶只會(huì)提出主要功能，而忽視很多細(xì)節(jié)，等產(chǎn)品交到用戶手里，才發(fā)現(xiàn)很多要改，這是特別不希望發(fā)生，然而經(jīng)常發(fā)生的事情。所以要重視這第一步，比如要賣到哪些地方，哪些國(guó)家？當(dāng)?shù)貧夂驐l件怎么樣，要通過(guò)哪些測(cè)試？有沒(méi)有強(qiáng)制認(rèn)證要求？最后形成文檔。才能開(kāi)始設(shè)計(jì)，越到后面，更改起來(lái)越費(fèi)勁兒，代價(jià)越大。

功耗設(shè)計(jì)

如今設(shè)備的節(jié)能特性越來(lái)越受重視，一般每種產(chǎn)品都有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，要從整體考慮，不能看單一指標(biāo)，要看待機(jī)功耗，運(yùn)行功耗，然后根據(jù)待機(jī)時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間，計(jì)算出總的平均功耗。這樣對(duì)于電池供電的設(shè)備，可以增加電池使用壽命。對(duì)于交流供電設(shè)備，雖然不像電池供電設(shè)備那么敏感，但是如果省電，產(chǎn)品賣得貴一些也，從電費(fèi)上可以節(jié)省更多。另外功耗降低，板子的熱量也會(huì)變低，元器件的壽命會(huì)增長(zhǎng)。

EMC性能

EMC是個(gè)永遠(yuǎn)繞不過(guò)去的話題。有很多設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室怎么測(cè)試都是好的，一到現(xiàn)場(chǎng)就出問(wèn)題，EMC不過(guò)關(guān)是一個(gè)重要的因素。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都要考慮在內(nèi)。很多技巧，做項(xiàng)目的時(shí)候沒(méi)準(zhǔn)兒就忘掉了。拿單片機(jī)來(lái)說(shuō)，并不是跑得越快越好，速度跑太快，EMI會(huì)比較嚴(yán)重。在完成功能的同時(shí)，我們要盡量降低MCU的頻率。GPIO引腳也是如此，翻轉(zhuǎn)頻率越慢越好，有的單片機(jī)引腳可以設(shè)置不同的上升速率，設(shè)置成比較低的上升沿，可以有效降低電磁輻射。有條件的可以在布PCB之前完成電路完整性仿真，EMC仿真。

成本控制

這個(gè)不用強(qiáng)調(diào)，特別是對(duì)于大批量生產(chǎn)的。我們需要考慮的就是不能單看物料成本。還要考慮設(shè)計(jì)成本，制造成本，測(cè)試時(shí)間成本。所以也不能埋頭設(shè)計(jì)，需要跟其他部門(mén)多溝通才行。比如，盡量減少引入新元件種類，我們需要知道公司產(chǎn)品已經(jīng)使用的元件種類。舉例來(lái)說(shuō)，如果要用到少量20K的電阻，公司從來(lái)沒(méi)用過(guò)，那是不是可以用兩個(gè)已有的10K的，串聯(lián)起來(lái)用呢？哪些電阻可以用接近的阻值？可以動(dòng)腦筋的地方挺多的，再比如哪些功能可以用軟件實(shí)現(xiàn)，串口，IIC，SPI是不是可以用GPIO模擬？DAC是不是可以用PWM替代？

產(chǎn)品穩(wěn)定性

玩過(guò)硬件的兄弟姐們們都知道，在測(cè)試的時(shí)候死機(jī)不會(huì)死人，設(shè)備安裝到現(xiàn)場(chǎng)后，出問(wèn)題才會(huì)要命。而影響穩(wěn)定性的因素，可以說(shuō)是五花八門(mén)。比如高低溫，震動(dòng)，鹽霧，雷擊，防水，灰塵的積累等等，所以在設(shè)計(jì)時(shí)也要有對(duì)應(yīng)的考慮。選擇元器件要降額使用，如果功率比較高要和結(jié)構(gòu)一起做散熱設(shè)計(jì)，PCB打樣階段用紅外測(cè)溫儀，或可以貼到PCB的溫度傳感器，看有沒(méi)有溫度過(guò)高的地方。高低溫，震動(dòng)，浪涌，防水這些一定要實(shí)際測(cè)試，不能抱有僥幸心理。

可制造性，可維修性

在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮工廠的加工能力。比如拿PCB來(lái)說(shuō)，最大尺寸可以多大，多厚，線寬和線間距最小能做多小，過(guò)孔的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，最小孔徑。元件布局合理嗎，對(duì)回流焊接有哪些影響，是否能方便地裝配？舉個(gè)小例子，很多IC底部都有一個(gè)散熱焊盤(pán)，這個(gè)焊盤(pán)是做成一個(gè)整體好呢，還是分割成小塊兒比較好？這個(gè)問(wèn)題就有專門(mén)的文章分析討論。

美觀，方便操作

直男們的最大弱點(diǎn)，卻是用戶最直接的體驗(yàn)。

以上每個(gè)方面都很重要，但往往又是相互沖突的，這就是對(duì)每一個(gè)工程師的最大挑戰(zhàn)，需要我們做出平衡取舍，在較短的時(shí)間內(nèi)和合理的成本控制下，把產(chǎn)品設(shè)計(jì)做到接近完美。最后，作為硬件工程師，不能紙上談兵，看文章有用，但還要在實(shí)踐中多磨煉，多交流學(xué)習(xí)。