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前言
数字硬件工程师应该具备哪些能力和基本素质?本文大致总结了一些笔者从业十几年来的心得体会,可以为在校生和初入行的硬件工程师提供一定的指导。这里提出的能力框架适用于:
- 单位:具备一定研发规模的企业或机构;
- 产品:具有较高的硬件自研比重,如通信设备、仪器仪表、汽车电子、半导体测试等。不适用于具有非常成熟硬件设计方案的产品,如手机、平板等消费类产品;
- 工程师:对自己的综合能力和素质上升空间有一定要求(即:不满足做一颗大厂的螺丝钉)。
一、能力框架概述
如下图。
二、能力框架解析
2.1 技术类
2.1.1 基础课程
电路分析基础、模电、数电(必修):这三门课所教授的内容是数字硬件工程师的核心知识基础。其中模电容易被数字硬件工程师所忽视,但模电中很多基础内容是数字电路设计中所必须用到的,例如:三极管和MOSFET,是组成数字电路的最基本单元;谐振的原理,是指导时钟设计和硬件开发中常见EMC故障排查的常用理论;集成运放的应用,虽然不是数字电路设计,但也经常在数字单板中出现。
复变函数(必修):傅里叶变换是最通用的时频域变换工具,对于理解时域、频域的概念至关重要;拉普拉斯变换是涉及自控类设计的重要分析工具,包括锁相环设计、开关电源设计、运放设计等;Z变换则在数字信号处理中起重要作用。
概率论(必修):理解随机过程分析和随机变量估计的理论基础。同时对概率和分布的理解有利于树立产品意识(参考6sigma),有助于自己成长为一名真正的做产品的工程师。
自控原理(可选):锁相环设计、开关电源设计、运放设计等涉及反馈控制的电路的基础分析工具,如果打算在这些细分领域深耕则必须掌握。
信号与系统(可选):理解信道、滤波器设计的理论基础,也涉及时频域转换的理解。
通信原理(可选):通信类课程涵盖较广泛,大的来说包括数字通信、无线通信、光通信等,小的来看又包括调制解调、编码解码、各种通信协议等方方面面的知识,无论做什么产品都避不开,建议做好通信类的知识储备。
数字信号处理(可选):与纯硬件设计关联度较弱,但一些涉及在FPGA或软件中实现的数字信号处理算法的工作岗位需要掌握,最基础的数字滤波器设计(FIR/IIR)、快速傅里叶变换(FFT)的概念要理解。
单片机/微机原理(可选):所涉单板包含主控的必须掌握相关知识,包括处理器最小系统、常用外设和接口等。如