【读书分享】——《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》读后总结_第一篇

-遮瑕-

【读书分享】——《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》读后总结_第一篇 [复制链接]

<div class='showpostmsg'><i class="pstatus"> 本帖最后由 -遮瑕- 于 2024-2-22 16:34 编辑 </i>   这篇帖子主要是本人对于《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》的读后感分享，对于部分书中的内容，我进行了一定程度的汇总总结。 [TOC] # 一、文章概述   本书书名《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》，作者为陈韬，书籍ISBN：9787115608291，由人民邮电出版社出版，详情见[百度百科词条](https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E5%AD%90%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%B8%88%E5%85%A5%E8%81%8C%E5%9B%BE%E8%A7%A3%E6%89%8B%E5%86%8C%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E7%9F%A5%E8%AF%86%E7%AF%87/63399104)。   不算绪论和后记，全书一共6章，**第1章**为作者对于电子硬件工程师岗位的认知分享；**第2章**作者对于硬件设计时常碰到的部分经验问题进行了分享，主要包括设计电压、设计温度、焊接、芯片电平等相关知识；**第3章**花大量篇幅进行了RS485总线的介绍（作者主要从事机电方向）；**第5章**使用大量实操截图教授了如何使用Excel进行算法拟合；**第6章**结合手绘漫画对于硬件工程师的工作场景进行了分享。   本书主要侧重于动手实操的经验分享，理论计算、理论分析较少，且使用了较多的绘画去提升趣味性。到目前为止，我完成了前两章的阅读，感觉整体来说更加适合初学者和动手较少的学生去补充动手经验，下面我会对于前两章进行概述，主要是书籍本身的观点，对于我的观点和部分拓展，我会额外标出。 # 二、第1章内容分享   第1章分为6小节，从各个方面拆分了硬件工程师所需的知识与技能，同时对于硬件工程师工作时会涉及到的内容进行了划分，简单可以概括如下： ## （1）硬件工程师的知识与能力   下图为结合本书和我自己的部分观点进行的总结，对于硬件工程师所需要的知识进行的简要分类。  ## （2）硬件工程师的研发分工   在理想情况下进行研发时，我们通常会分为方案设计师、结构工程师、硬件工程师、软件工程师、测试工程师、生产加工等多个环节，而且每个环节都是相互独立的，但是在实际情况下，每个上一级的环节可能都需要去配合下好几级的环节进行工作，就像硬件工程师工作时，可能需要配合进行方案设计、结构设计、软件设计以及测试，甚至在绝大多数中小型公司内，这些岗位本身就是由一两个人进行兼任。   **以下部分为我的观点**，在中型、大型公司中，硬件工程师通常是指进行原理图设计、方案设计的那一个工程师，相对的还会有PCB工程师，也就是一个工程师进行原理图设计，一个工程师专门进行PCB layout，部分公司甚至会分为方案工程师、硬件工程师、PCB工程师等等，因此做硬件设计是知识面很广但是专业性又很特定的工作。 ## （3）硬件工程师需要具备的素养   简单来说，对于硬件工程师，需要有专业素养，有着扎实的设计功底以及对于各个标准的深入理解，又要有创意性，富有创造力和想象力，时常动手实践、勤于进行总结，不可恃才傲物。   ***以上内容只是简要的概述，详细内容各位可以去阅读本书——《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》。*** # 三、第2章内容分享 ## （1）设备电源   对于硬件工程师来说，在设计产品之前需要先关注标准，只有满足标准了，我们设计出的产品才可以进行售卖，可以进入[国家标准全文公开系统](https://openstd.samr.gov.cn)查询所需国标。对于设备电源来说，我们通常需要关注以下几种标准： > DL/T 396——2010《电压登记代码》 > GB/T 156——2017《标准电压》 > GB/T 17478——2004《低压直流电源设备的性能特性》 > GB/T 12324——2008《电能质量 供电电压偏差》 > GB/T 13722——2013《移动通信电源技术要求和试验方法》 > GB/T 21560.6——2008《低压直流电源 第6部分：评定低压直流电源性能的要求》 > GB/T 5465.2——2008《电气设备用图形符号》   进行AC电源设计时，首先需要了解**相电压**、**线电压**和**偏差电压**，下面进行介绍：   **相电压**：简单来说，火线与零线之间的电压差就是相电压，在我国低压供电系统中，相电压为220V。   **线电压**：火线与火线之间的电压差就是线电压，在常用三相电中，线电压大小是线电压的$\sqrt3$倍，也就是380V。   **偏差电压**：偏差电压是实际供电电压与理想电压的差值，常用市电的允许差值为+7% - -10%，也就是说，如果想要设计一个220V市电供电的设备，在考虑到偏差电压的情况下，需要做到可以满足最高235.4VAC供电，通常取250VAC。   在进行设计时，为了避免设计出非标电压值增加成本，在设计之初就需要考虑到常用标准电压，标准如下表所示：    对于以上电压的具体来源，可以参考本书P21，有详细说明，例如3.3V和5V是由于半导体工艺精度导致其工作电压不同，进而形成了约定俗成的电压值，例如0.35um工艺时MCU工作电压通常为3.3V，0.25um工艺时MCU工作电压通常为2.5V等。   设计电源时，安全电压是必须要考虑到的，众所周知，我们需要考虑的是通过人体的电流，人体在不同环境下的电阻不一样，所以人体安全电压也会不同。我国根据具体的环境条件，划分了不同的安全电压，在实验室、住宅等无高度触电危险的建筑物中为**65V**；在金工车间、水泵房等有高度触电危险的建筑物中为**24V**；在锅炉房、化工车间、粉尘环境、潮湿环境等有特别触电危险的建筑物中为**12V**。   要想清楚明白安全电压的规定原则，需要对于安全电流值有一定的了解，可以参考下表：    以上参数都是电流通过心脏的情况，不同的触电情景会导致流过心脏的电流比值不同，需要考虑到最严格情况下的最高电流，也就是需要保证不论哪种触电情景下，流过心脏的电流都不会高于20mA。 ## （2）环境对设备影响   在不同环境下，设备的工作状态是不同的，因此需要考虑到温度、海拔等环境因素对于设备的影响。温度的影响可以参考国标，让产品工作状态符合国标。 > GB/T 2423.1——2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A： 低温》 > GB/T 2423.2——2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A： 低温》 > GB/T 17478——2004《低压直流电源设备的性能特性》   海拔对于设备的影响主要是随着海拔的升高，空气密度和气压会相应减小，从而导致空气间隙和元器件绝缘特性下降，在针对高海拔地区进行产品设计时，需要考虑到该因素，修正公式可以参考$k=\frac{1}{1.1-\frac{H}{10000} } $，其中，H为设备安装地点的海拔高度，单位为m。   对于电子产品来说，焊接温度也是至关重要的，手动焊接时，夏天推荐设定温度为320℃，冬天推荐为350℃，对于风枪来说，建议不要风速过高，过高风速容易导致焊锡膏助焊剂快速挥发，进而导致焊接失败；SMT焊接时，需要根据时间、成本、产品焊盘等因素选择**马鞍式回焊曲线**或者说**斜升式回焊曲线**，马鞍式焊接时间更长，其更适合芯片腹部有焊盘、有不容易吸热元件的产品，斜升式更适合只有简单贴片元件且需要快速生产的产品。 ## （3）逻辑电平   对于芯片引脚来说，通常会有三种参数，**拉电流**、**灌电流**和**吸电流**，下面依次讲解： > **灌电流**：简单来说就是从芯片引脚外部倒灌入芯片的电流，芯片被动的进行接受，芯片的灌电流代表着芯片可以承受的输入电流的能力。 > **拉电流**：众所周知，芯片会有内部上拉下拉，知道这两个概念后，这里的拉电流就很好理解了，芯片上拉引脚向外输出的电流，我们就称为拉电流， > **吸电流**：吸电流和拉电流刚好相反，代表着芯片主动从外吸入的电流，芯片主动进行吸收。   既然芯片会输出电压和电流，那么显然可以通过计算来求出芯片输出引脚的等效输出电阻，从而可以进行高速引脚的阻抗匹配。不同的IO口有着不同的标准，常见标准有JESD18A（TTL和CMOS兼容标准）、JESD8-5A-019（LVTTL电平）、JESD88-8（SSTL_3[3.3V]）等。   只需要求出芯片输出低电平时的阻抗$R_{OL}=\frac{输出低电平电压}{输出电流}$和输出高电平时的阻抗$R_{OH}=\frac{输出高电平电压}{输出电流}$，对于JESD8-15A标准，输出阻抗约等于21Ω，这也是为什么许多1.8V接口的电路中会对IO口串联20Ω、22Ω的电阻。   对于不同逻辑电平的相互通信，需要使用合适的电路对其进行电平转换，这里列举输出部分电路： **（a）非隔离结构**   非隔离结构通常使用三极管进行转换，可以实现将3.3V转为5V或者说将5V转为3.3V等操作，优点是方案简单、成本低廉，缺点是只能单向通信，且通信速度会受限于三极管速度。  **（b）隔离结构**   隔离结构可以使用光耦实现，通常用于电机、高压隔离通信等方面，可以将控制端与被控制端隔绝开，避免微处理器被高压打坏。  ## （4）基础工具使用   对于硬件工程师来说，自己焊板子是无法避免的，这里总结了书中对于电烙铁和风枪的使用注意事项。   **电烙铁**的温度和焊锡丝的熔点有关，具体温度可以参考“焊锡丝熔点+50℃+空气环境散热补偿”，一般在260到330℃；维护电烙铁时需要保证高温海绵湿润，湿润的高温海绵有利于清洁烙铁头；使用前先将高温海绵清理干净，避免残渣再次粘附到烙铁头上。   **风枪**使用时最好将风枪控制在适合的温度和风速，沿着目标加热区由远到近螺旋式的加热，这种加热方式可以避免待加热区升温过快，尽可能避免PCB起泡烧焦。   **示波器**使用时实现需要注意探头是否可以换挡，不同挡位的输入阻抗不同，高档位会对信号有着衰减且有着高输入阻抗，测量高压信号和高输出阻抗的信号时建议使用高档位，同时示波器需要配合进行挡位设置；同时探头上通常会有补偿旋钮，通过旋钮可以调节补偿电容的大小。   需要注意的是，使用无源探头的台式示波器最好不要直接测量市电，对于未作内部地隔离的示波器来说，如果使用无源探头接入市电中，将会导致市电电源短路，引发跳闸、触电等情况。   以上内容为我对于《电子硬件工程师入职图解手册 硬件知识篇》第1、2章的读后总结，我在其中融入了我自己的部分经验和思考，欢迎大家指出本文的错漏之处。 </div><script> var loginstr = '<div class="locked">查看本帖全部内容，请<a href="javascript:;" style="color:#e60000" class="loginf">登录</a>或者<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/member.php?mod=register_eeworld.php&action=wechat" style="color:#e60000" target="_blank">注册</a></div>'; 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秦天qintian0303

用的最多的就是电烙铁了，风枪感觉螺旋式的加热和直接吹感觉差别不大，主要还得看加热面积

-遮瑕-

秦天qintian0303 发表于 2024-2-23 08:38 用的最多的就是电烙铁了，风枪感觉螺旋式的加热和直接吹感觉差别不大，主要还得看加热面积

看封装吧，直插件和SOP这些还是用电烙铁方便，像有些很密的QFP、QFN、BGA或者说引脚被挡住的TypeC接口什么的还是风枪方便一些，特别是板子烧了需要拆芯片的时候，电烙铁一点点戳太慢了。风枪如果吹小板子的话直接吹就好，但是吹百平方厘米以上的板子的时候，直接吹就容易吹糊了，感觉还是打点焊油再吹吹周围稳妥点。