数字硬件工程师能力框架

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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：

1. 单位：具备一定研发规模的企业或机构；
2. 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；
3. 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）。

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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