《电子硬件工程师体系化实用技术手册》（暂定）

笔者尝试一下先在今日头条预热下书籍。嘿嘿~~

笔者本人从事过低压集中抄表、消防火灾仪表、电力系统继电保护等智能设备的研制设计、检测认证工作。长期负责电子电路设计、PCB设计、EMC整改、产品转产、提供技术培训等事宜，积累了大量的实践经验和理论知识。

出版社:xx出版社(还未确定)

内容简介：这是一本专为硬件工程师写的书籍。作者由解决电子设备故障案例入手，通过对数据手册的研读，配合生动的图画，详细阐述每一个故障背后的硬件理论知识，本书中在引用国家标准的同时，讲述电子行业的历史故事。逐步从工程实践，结合国家行业标准提出解决措施，阐述电子工程师可借鉴应的知识技巧、实用的工作模板。作者为了增加本书的趣味性，以硬件设计人员的视角独立绘制了工作漫画，讲述硬件工程师的日常工作的场景。

本书适合读者范围包括：电子硬件工程师、工程设备维护人员、各电子专业的学生和广大电子爱好者。本书也可作为企业研发部硬件工程师岗位的培训教材。

前言

这是一本为硬件工程师岗位写的书籍，阐述该岗位工作所需常规知识和实践的一本书。

多年前，笔者在刚进入电子设计-硬件工程师岗位时，在电路调试、EMC等方面遇到了很多问题，阅读了很多的专业书籍，依然有很多不明白的地方。工作到第二年的时候，甚至想过放弃研发路线，换行去做销售或者文化创意类工作，因为研发工作需要的知识积累太多了。在最初的那几年，笔者就像走在一条漆黑的道路上，看不见道路两边的景色，也看不到路的尽头是何方。笔者当时就想如果有一本能将专业知识和工作新人困惑解答结合起来的书籍该有多棒!

在电子应用领域，每一位有灵性的工程师即使面对相同的功能需求，也会有不同的设计思路，每一个方案都是智慧的结晶。然而刚入职的新人即使借用电路设计，也往往要经历很多次试验失败、工程现场反馈、认证试验重来等折腾后，才明白“移植电路借用电路，不等于照抄电路。”

多年后，笔者在该领域渐渐的有了自己体系化的思路，而且看着身边来来往往的新员工的困惑，就想起了曾经的自己。笔者寻思自己文笔、专业技能尚可，或许可以为电子学科、电子设计这个行业做点什么，便着手准备编写书籍的素材。

写作时，作者情怀如中国北宋张载所言：“为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平”。笔者认为在电子领域，需要掌握阅读的标准浩如烟海、跨专业书籍实在太多，不能苛求每个工作者都有足够的定力、时间去一一阅读并理解。如果能将个人学习到的优秀的知识，为后来者在某一方面做个总结，并能在实际工作中可供自己查阅，还能供他人参考，亦是为往圣继绝学，为祖国电子行业做一份贡献。每个人有一份传承，电子领域就将发展得更好。

作者具备一些绘画的技巧，在本书的编写过程中，在知识点中以趣味插画形式绘制了工程师的工作场景，希望能与阅读此书的技术工作者带来一些共鸣。作者在结合故障案例讲解同时，对知识点增加了延伸的小故事，增加知识覆盖面。

阅读时，不用介意书籍文献的年代，需要关注的是书籍文献记录的内容，是否可以弥补读者知识的空白，是否能在学识、智慧、技能上提供一种前进方向。在本书中，作者提出硬件工程师在研发工作中应遵循“可预测-可设计-可验证-可传承”的思路开展工作。

本书中的每一章节都将从使用的困惑、实践工程、执行的标准依据等方面作为切入点，以实践+理论的方式展开。在书中也会有一些人文故事，阐述对于技术、工作的见解，期望能对电子设计者做到一点思想的助力。电子设计是严谨的，同时它又是一门权衡与妥协的艺术，我们会发现每一个设计都不是最完美的，但却又是最适合工程现场应用的。

在本书的后半部分将重点讲电子设计的知识，作者挑选了一个射频设计，来阐述每一个参数细微的调节对结果的影响，这一个案例就几乎将电子设计、硬件工程师会用到的技能都综合用上，具有十分典型的代表意义。

0概论... 14

第1篇电子设计·行业知识问答篇... 17

1电子工程师技术困惑问答... 17

1.1硬件工程师做什么的？... 17

1.2示波器的无源探头的X1和X10档原理？... 28

1.3示波器测量交流220VAC注意事项？... 29

1.4为什么中国电气设备大多采用交流220VAC？... 32

1.5为什么直流供电等级是5V/24V/48V等数字？... 34

1.6额定电压波动范围允许值是多少？... 35

1.7工业级芯片精度一定比商业级芯片更好吗？... 37

1.8为什么电烙铁在融化不了锡焊？... 40

1.9为什么机器贴装元器件也有虚焊和锡珠？... 42

1.9.1炉温控制曲线... 42

1.9.2 PCB钢网开孔... 44

1.10电子产品的设计交付依据... 46

1.11电子设备温度等级是如何规定的？... 47

1.12海拔高度1000m对应中国什么区域？... 50

1.13 I类II类III类电气设备区分是怎么回事？... 53

1.14电子设备中的“地”如何区分？... 59

1.15设备不同“地”如何“连接”?. 61

1.16不给电器设备接地(earth)会有什么危险？... 62

1.17逻辑芯片74/74HC/74HCT/74AHC区别?. 64

1.17.1逻辑器件74系的历史故事... 64

1.17.2逻辑器件的驱动能力之扇出系数... 65

1.17.3逻辑器件的字符标识含义... 71

1.18逻辑电平转换（3.3V-5V）转换的原因和方法？... 72

1.19电路设计中的拉电流、灌电流、吸电流什么意思？... 79

1.20为什么有的芯片IO脚没有输出阻抗描述？... 81

1.21如何计算芯片IO口输出阻抗?. 83

1.22嵌入式设备的RS232串口选DB9公头还是母头？... 86

2 差分信号RS485及双绞线知识... 90

2.1 RS485设计中常见疑惑... 90

2.2 RS485体系化知识基础... 91

2.3 RS485体系化理论知识解惑... 97

2.3.1疑惑1：RS485为什么负载默认12KΩ，允许接入节点32个？... 97

2.3.2疑惑2：485A、485B差分波形与UART数据的关系是什么？... 98

2.3.3疑惑3：为什么要用差分总线传输数据？... 105

2.3.4疑惑4：为什么要用双绞线传输数据？... 106

2.3.5疑惑5：为什么要用屏蔽线？... 108

2.3.6疑惑6：屏蔽线选用原则是什么？... 110

2.3.7疑惑7：屏蔽线接的“地”是什么意思？... 110

2.3.8疑惑8：屏蔽层接如何接入地？... 111

2.4工程师线缆与信号完整性配合知识... 114

2.4.1常见几种软线缆典型组合模型列表... 114

2.4.2常见几种通讯软线缆实物举例... 115

2.4.3什么标准规定485双绞线特性阻抗120？... 118

2.4.4什么大多数厂家用485双绞线规格是AWG22到AWG24?. 119

2.4.5双绞线特性阻抗100欧，120欧到底选哪个？... 122

2.4.5为什么双绞线特性阻抗有100欧？... 122

2.4.6以太网线缆568A与568B的区别和作用... 124

2.4.7为什么电缆规定有50Ω/75Ω而不是49、76等数值？... 127

2.4.8阻抗匹配和信号完整性的关系？... 134

2.5双绞线型号选定疑惑精讲... 164

2.5.1为什么有的厂家施工485、CAN总线指定9841号线缆？... 164

2.5.2120Ω双绞线，9841或AWM 2919或RVSP-120怎么选?. 165

2.5.3如何找到能符合美标UL2919的中国厂家？... 172

2.5.4如何找到能符合类似标准要求的中国厂家？... 176

2.6 RS485总线通信故障案例... 184

2.6.1案例1：RS485总线上下拉电阻不合理导致通信失败案例。... 184

2.6.2案例1中解决故障理论基础-上下拉电阻的匹配... 186

2.6.3案例2：RS485线缆直流电阻，导致通信无法传输1000米。... 188

2.6.4案例2中解决故障理论基础-通信线缆直流电阻影响距离... 190

2.6.5案例3：屏蔽未可靠接地，RS485通信中断。... 196

2.6.6案例3中理论基础-强电线缆磁场耦合影响弱电信号... 197

2.6.7案例4：设备全功能运行时传入强电，RS485通信中断... 199

2.6.8案例4中解决故障理论基础-金属机壳保护接地... 202

2.6.9案例5 RS485设备，接入超过4台相同装置通信失败... 206

3专用复位芯片看门狗知识... 212

3.1 案例1：看门狗芯片更改，管脚兼容，依然导致主板不断重启案例。... 213

3.1.1案例1中解决故障理论基础2-MCU管脚GPIO默认状态模式... 221

3.2案例2：程序冗余度太少，导致新设计板卡不断重启案例。... 224

第2篇电子设计·工作指导篇... 231

4硬件工程师日常工作漫图解说... 231

4.1 电路图及PCB的技术评审... 231

4.2调试焊接 PCB板件前先清理焊接工具... 233

4.3维修更换插件元器件时要控制加热方式... 234

4.4产品EMC实验室测试时避免佩戴首饰... 235

4.5工业高低温试验箱不能用于食品处理... 236

4.6研发部门的支持力度有利项目开展... 236

4.7研发项目管理的灵活性... 237

4.8 项目结束及时统计报废PCB板件... 239

4.9 科技公司的销售人员也需要懂技术... 240

4.10户外设备增加借助雨水提高自净能力... 241

4.11工业产品维护之路... 242

4.12产品工艺指导书应具有明确可操作性... 245

4.13产品研发成功后正式发布... 247

5PCB印刷电路板的知识... 248

5.1硬件工程师设计PCB打样成本介绍... 250

5.2 PCB封装命名推荐及图示... 252

5.2.1贴片器件封装及图示... 252

5.2.2插装器件封装及图示... 266

5.2.3连接器... 277

5.2.4非常规器件... 284

5.2.5辅助设计PCB的封装类... 284

5.3 PCB封装设计常见困惑... 287

5.3.1连接器件的1脚位置定左下角原因？... 287

5.3.2 PCB的封装原点坐标为什么要设置在1脚？... 289

5.3.3 为什么三极管的封装要备注为SOT23-BEC？... 289

5.3.4 PCB封装的丝印线条宽度多少合适？... 291

5.3.5 PCB为什么要有MARK点？... 291

6PCB外协加工参数可制造性... 293

6.1 PCB外协加工要求模板示例... 299

6.1.1板子的层数... 300

6.1.2板子的材质选择... 302

6.1.3PCB颜色为什么推荐绿油+白色... 309

6.1.4 Tg值选择... 311

6.1.5 焊盘喷镀选择... 313

6.1.6 PCB可焊接性知识... 315

6.1.7过孔处理... 335

6.1.8机械外形... 338

6.1.9拼板方式... 339

6.1.10叠层结构... 345

6.1.11阻抗设计工具介绍... 346

6.1.12盎司是质量单位，为什么在PCB中用来描述厚度？... 347

6.1.13铜箔厚度除了阻抗还影响AD检测精确度... 347

6.2 PCB制造商常用材质及工艺能力介绍（表一）... 352

6.3 PCB叠层材质及厚度计算... 356

6.4PCB板卡阻抗设计案例参考... 358

6.4.1 PCB板卡尺寸及组合装配案例... 358

6.4.1四层板2.0mm设计阻抗可参考方案1. 360

6.4.2四层板2.5mm设计阻抗可参考方案2. 361

6.4.3四层板2.5mm设计100Ω可参考方案3. 362

6.4.4两层板1.6mm设计50Ω参考方案1. 363

6.4.4.1知识延伸：两层板1.6mm设计10/10mil的实际阻抗... 364

1.6mm厚度,TOP,BOTTOM都是半盎司，10/10mil走线,阻抗约为81欧姆。... 364

6.4.5两层板1.6mm设计90Ω可参考方案3. 366

6.4.6知识点延伸1：为什么PCB线宽会影响阻抗值？... 369

6.4.7知识点延伸2：阻抗值真的固定不变吗？... 369

6.4.8知识点延伸3：电子流动的速度是不是等于信号的速度？... 371

6.5 PCB设计文件导出工程加工文件... 372

6.5.1 PCB生成gerber文件步骤... 373

6.5.2生成钻孔文件步骤... 379

6.5.3 IPC网表输出... 382

6.5.4生产贴片机器要的XY坐标文件... 384

6.6.5 PCB的完整外加工文件打包... 386

6.6 PCB加工厂反馈的检验报告案例... 388

6.6.1 PCB切片实物案例... 389

6.6.2 PCB 检验报告案例资料... 390

7 电路原理图及PCB设计习惯培养... 397

7.1电路原理图布局模板难道没有规范要求？... 397

7.1.1技术制图选择什么幅面的尺寸？... 398

7.1.2技术制图的图框有什么讲究？... 400

7.1.3技术制图如何分区？... 401

7.1.4技术制图标题栏分区采用什么形式？... 401

7.2电路原理图模板... 403

7.3电路原理图模块化分区绘制举例... 404

7.4草莽英雄式模块化电路管理漫画... 406

7.5原理图冗余设计方法... 409

7.5.1原理图冗余设计的哲学性思考... 409

7.5.2常用的原理图冗余设计技巧... 410

7.5.3 案例1：SPI接口没有冗余设计导致PCB改版... 419

7.5.4 案例2：调试串口RS232被逆向工程盗取了设备软件程序... 425

7.6 常规电阻电容的标称值和精度选型知识... 438

7.6.1 电阻电容标称值和精度值标准查询... 438

7.6.2电阻电容标称值精度值标准解读... 442

8.PCB设计评审关键点... 446

8.1PCB评审要素... 446

8.1.1知识点延伸：什么情况下需要使用圆弧布线？... 448

8.1.2知识点延伸：什么时候跨分割平面走线要特别重视？... 449

8.2 PCB布线设计接插件隐患规避措施... 454

9 生产工艺指导文件... 455

9.1生产工艺明细表目录模板示例... 455

9.2生产工艺作业指导书工序模板示例... 457

一接料：... 457

二装配：... 457

10 射频案例：RFID/NFC微带天线仿真及PCB调试实例... 458

10.1 RFID/NFC技术简介... 458

10.1.1 RFID与NFC的关系... 458

10.1.2芯片的官方推荐通信距离... 462

10.1.3影响RFID/NFC通信距离的因素... 462

10.1.4射频及天线知识简要介绍... 477

10.1.5NFC天线匹配思路及工具... 483

10.2 13.56MHz的近场通信NFC设计案例实战... 488

10.2.1实践案例... 488

11小信号补偿案例：利用Excel获得软件补偿硬件偏差办法... 509

11.1 案例：研发样机性能达标批量生产性能不达标... 509

11.2解决办法... 512

11.2.1通过实际测试传感元件样本的检测值... 513

11.2.2算出多个样本检测值的算术平均值... 522

11.2.3样本检测值的平均值，拟合到理论检测值... 524

11.2.4 算法公式选择... 527

12电气性能及EMC试验应对措施... 530

12.1 电子产品标准简介... 530

知识点延1：PCB布局时就规避EMC检验风险的措施... 531

知识点延2：电磁兼容EMC是什么？... 532

12.2 通信接口保护措施案例参考... 534

12.2.1RS485 接口电路EMC标准设计参考电路1-防雷和静电... 534

12.2.2RS485 接口电路EMC标准设计参考电路2-防雷和静电... 535

12.2.3RS485 接口电路EMC标准设计参考电路3-绝缘耐压和静电... 535

12.2.3RS485接口电路快速瞬变脉冲群试验... 536

12.2.4 以太网接口电路设计参考电路... 537

12.3通信电子设备型式检验报告实例片段介绍... 545

12.3.1 静电检测报告实例... 545

12.3.2 快速瞬变检测报告实例... 546

12.3.3 浪涌检测报告实例... 547

12.3.4 辐射电磁场干扰检测报告实例... 548

12.3.5 工频磁场干扰检测报告实例... 549

12.3.6 直流电源输入端口电压暂降检测报告实例... 550

12.3.7绝缘电阻介质强度检测报告实例... 551

13 典型电路模块设计及外围电路... 552

13.1 典型通信电路模块设计案例参考... 552

13.1.1 RS485磁隔离方案... 552

13.1.2典型模块电路设计及成本（通信RS485-光耦+防雷方案）... 553

13.1.3通信RS485-光耦+耐压AC400V方案... 554

13.1.4 通信CAN-光耦+H\L耐压AC400V方案... 555

13.1.5 通信LAN方案1-RMII支持10/100M.. 556

13.1.6 通信GPRS方案1-支持全网通-移动-联通-电信... 557

13.1.7 4-20mA检测隔离电路... 558

13.2 典型电路元器件选型举例... 559

14研发工程师的心态修养... 561

参考文献：... 566

《电子硬件工程师体系化实用技术手册》-概论

0概论

文、君韬

笔者尝试一下先在今日头条预热下书籍。嘿嘿~~

出版社:xx出版社(还未确定)

-----------------书中插图是笔者手绘，比例上可能没有专业美术同学考究，请见谅！-----------------------------

工程师，职业精神高，容易商量事，知识丰富会讲很多生动的故事，求知欲强，充满智慧。

新入行的工程师设计产品时常缺乏信心，原因是缺乏来自实践与理论的结合。新手工程师和资深工程师的区别是：在众多方案中，新手工程师想到的是如何才能实现功能忽视了潜在隐患，资深工程师想到的是如何规避隐患后实现功能。工程师要高速成长的捷径是大量阅读与自身工作相关联的案例书籍，借鉴前辈们的历史经验，为自身发展服务。

图0-1 知识是工程师智慧的阶梯

在众多的技术工作者中，获取知识经验大致分两类途径：一是随着工作时间增多，参与项目累计，被动的增加知识经验。二是在工作的同时，大量阅读工作相关的书籍，吸收前人的经验，提前布局工作的知识储备。

图0-2 知识是解决问题的弹药库

本书中，将通过大量的案例来讲述与电子有关的困惑和理论参数的关系，以帮助设计者可以了解参数背后所代表的含义。本书分为上、下两册：上册采用问答形式讲解硬件电路设计常见的困惑知识点，以及这些重要知识在实践中的运用；下册讲硬件电路设计所要关心的环节，如何确保设计能顺利的制造加工组装，以及硬件工程师的典型工作场景。

作者认为研发设计可持续性发展和继承的需要满足“5可规律”，即：可预测、可设计、可验证、可复用、可传承。

技术每个时代都会相应的变化，技术本身并不是竞争力，从事研发技术及技术应用的开发人员，最终相互学习和竞赛的还是智慧和文化。任何岗位人员的职业化道路：都需要积累经验技巧，从实践中总结规律方法制定标准流程，抽象提炼为具有一定科学原理的智慧，进一步抽象提炼为哲学及文化的运营。