從小白開始，電子工程師是如何煉成的

時間：2020-10-26 13:25:33

關(guān)鍵字： C語言硬件設(shè)計

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導(dǎo)讀]大學(xué)畢業(yè)被分配到某研究所工作，入職后先后跟著羅、高以及張師傅學(xué)習電子硬件設(shè)計以及匯編、C語言等編程。在各位老師的精心指導(dǎo)下，通過實踐和培訓(xùn)，終于開始成長為一名電子技術(shù)工程師。

大學(xué)畢業(yè)被分配到某研究所工作，入職后先后跟著羅、高以及張師傅學(xué)習電子硬件設(shè)計以及匯編、C語言等編程。在各位老師的精心指導(dǎo)下，通過實踐和培訓(xùn)，終于開始成長為一名電子技術(shù)工程師。

進所第二年，盛夏，開始參與一項系統(tǒng)的研發(fā)工作，項目當時很急，系統(tǒng)的技術(shù)負責人是張主任，其他的成員包括小柴、小倪等，都比較年輕。系統(tǒng)采用多DSP分布式控制，通過總線插卡擴展。我主要負責底層的數(shù)據(jù)采集、處理并存儲到雙口RAM中。

項目一開始進展良好，硬件設(shè)計調(diào)試和軟件編寫調(diào)試都按照預(yù)期進行。在進入系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，項目被卡住了。我設(shè)計的板卡存儲到雙口RAM后，上位機讀取錯誤，上位機通過雙口RAM發(fā)給我的數(shù)據(jù)讀取出來也不正確。這個問題整整折磨了我們好幾天，期間做了大量的測試和仿真，始終找不出任何頭緒。隨著時間推移，項目組的氣氛開始越來越緊張。問題是各自檢查自己的設(shè)計和仿真數(shù)據(jù)都是正確的，一旦聯(lián)調(diào)就不正確。開分析會時除了張主任依然是樂呵呵的調(diào)節(jié)氣氛外，其他人都很焦慮。由于我的資歷最淺，無形之中承擔更大壓力。

洛陽的夏天，白天很熱，晚上沒有空調(diào)的宿舍也是悶熱難耐。夜里快12點了和老婆在宿舍樓下小花園乘涼。聊到項目被卡，數(shù)據(jù)總是出錯時，老婆不經(jīng)意說了一句“會不會是數(shù)據(jù)放錯地方了”，突然靈光一現(xiàn)，馬上騎上自行車直奔實驗室，幾分鐘后就找到問題并得到驗證，其實這只是因為系統(tǒng)設(shè)計中一個小疏忽導(dǎo)致的，很難說是誰的問題。問題找到了一切迎刃而解，第二天系統(tǒng)聯(lián)調(diào)順利過關(guān)，項目按照計劃準時移交給需求方。

二十多年了，這件事始終縈繞在我腦海，讓我獲益良多：

1）項目越緊，項目負責人越要有定力，每當我負責的項目卡殼項目組人心浮動時，我就想起張主任的微笑，心情也馬上會平靜下來；

2）團隊協(xié)助工作，涉及到系統(tǒng)級別的設(shè)計和聯(lián)調(diào)時，表面上很奇怪的問題可能只是一點點的疏忽導(dǎo)致，既不能輕易懷疑別人的問題，也不能不信任自己的分析。遇到問題還是需要一點點抽絲剝繭，共同應(yīng)對?，F(xiàn)在不管遇到多么詭異的問題，我都會告誡團隊成員，不要輕易說“絕不可能”等類似的話；

3）有時遇到技術(shù)上特別難理解和解決的問題，和所謂的外行聊聊天，沒準會有意想不到的收獲；其實在和外行解釋的過程遠比和內(nèi)行解釋困難，一件事情你能和外行解釋清楚，必然要求你自己深入理解，在解釋的過程中有些問題的答案自然就跑出來了。這些年來我經(jīng)常采用打比方舉例子等方式和非專業(yè)人士交流，效果往往很好。

4）勤奮真的很重要，特別是年輕人，不輕言放棄，遇事有鉆研精神是技術(shù)上能有所成就的基本要求。只有親身經(jīng)歷過一些磨難，才能終身受用。

電子工程師成長實錄之教訓(xùn)系列之一

2001年3月，因機緣巧合，我入職了A公司，主要從事指紋識別算法研究和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)銷售。在美國911事件之前，指紋識別產(chǎn)品屬于比較高冷的行業(yè)，屬于很小眾的高科技行業(yè)，單臺產(chǎn)品售價和毛利率很高，但是銷量很小。

我剛?cè)肼殨r是硬件工程師，參與指紋考勤門禁系統(tǒng)的研發(fā)工作，門禁系統(tǒng)研發(fā)完成后開始負責指紋門鎖的軟硬件研發(fā)工作。經(jīng)過一段時間的研發(fā)后，基于指紋技術(shù)的門禁考勤機開始小規(guī)模生產(chǎn)銷售。而且有兩臺銷往東北地區(qū)，好像是沈陽的一家國企采購的。剛開始一切都很完美，畢竟有了客戶而且每臺有好幾千元的利潤。

沒多久客戶就打電話來投訴說考勤機壞了，因為涉及很多人的考勤問題，客戶要求立即派人帶上備用機器盡快趕過去更換。公司領(lǐng)導(dǎo)立即派了兩個現(xiàn)場技術(shù)支持工程師乘飛機趕往東北，同時我們研發(fā)團隊也緊急研討故障的原因，但一時之間也沒有頭緒。

經(jīng)過緊急處理更換后，兩個人帶著故障機趕回公司。拆開外殼后，大家發(fā)現(xiàn)原來是因為模具設(shè)計存在缺陷，電路板線纜的固定方式不太合理。加上裝配工的疏忽，其中一根導(dǎo)線沒有固定好，在扣上外殼時被壓在卡槽里。由于卡槽扣合的力度很大，這根導(dǎo)線外皮已經(jīng)破損，部分銅芯已經(jīng)斷裂，但沒有完全斷掉。因此出廠檢驗時一切正常。經(jīng)過長途運輸顛簸，加上考勤機是用在室外，東北地區(qū)的夜晚很冷，塑料外殼的收縮率遠高于導(dǎo)線。就這樣，一段時間后，這根導(dǎo)線就徹底斷了，整個考勤機就壞掉了。

查明原因后，令人撓頭的是沒人知道剛剛更換的那臺機器是否也存在同樣的問題，不得已，公司領(lǐng)導(dǎo)又派人帶著改進后的產(chǎn)品再赴東北進行更換。事后領(lǐng)導(dǎo)說這次兩臺機器的利潤還不夠人員兩次往返的費用。

從此以后，但凡有電路板上接插件和導(dǎo)線需要和外殼配合時，我都會要求結(jié)構(gòu)工程師一定要認真考慮線纜的走向和線束的固定問題，而且對于生產(chǎn)線的裝配工藝反復(fù)核查，裝配人員進行專業(yè)培訓(xùn)。

這些年來，看過很多故障電子產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)因結(jié)構(gòu)裝配不合理導(dǎo)致線纜松動、斷裂等問題依然比較常見，電子產(chǎn)品的不良率中源于接插件和導(dǎo)線的部分占比很高。用過翻蓋手機的很多人應(yīng)該都有過換線的經(jīng)歷，家中的很多電器故障往往都是接插件松動接觸不良。這類看似不起眼的小事從小處說可能是產(chǎn)品故障，客戶投訴，從大處說可能導(dǎo)致機毀人亡。

作為電子工程師，這件事給我上了非常重要的一課，讓我從此重視結(jié)構(gòu)和線纜等小細節(jié)對產(chǎn)品的影響。

電子工程師成長實錄之教訓(xùn)系列之二

2005年，我在B公司擔任hardware leader，負責寬帶通信局端及終端設(shè)備硬件研發(fā)工作。B公司是日本C公司的全資子公司，也是它在國內(nèi)設(shè)立的唯一的研發(fā)中心，日本C公司當時是全球最大的寬帶通信設(shè)備供應(yīng)商。

我們采用博通的方案成功開發(fā)出工業(yè)級ADSL局端和終端設(shè)備，該設(shè)備基于日本標準并主要應(yīng)用于日本市場，當時已完成VCCI ClassA測試認證，正準備在日本工廠批量試生產(chǎn)。不過按照日本總部的要求，我們的任何設(shè)計或技術(shù)圖紙改進完成后，都需要發(fā)送到總部進行資料初審，審核通過后再通過電話會議進行技術(shù)評審。VDSL項目設(shè)計圖紙發(fā)到總部后很快收到一些改進要求和建議。記憶最深的一項是，總部工程師覺得得我們的保險絲熔斷電流選擇過大，要求更改保險絲規(guī)格，比如系統(tǒng)最大允許的工作電流是10A，我們的保險絲選擇11A，而日方工程師建議選擇9A。我們都知道保險絲的電流不能低于最大工作電流，因此我們團隊成員包括我在內(nèi)都覺得很不理解，甚至覺得提建議的工程師水平太低。

因為ADSL產(chǎn)品在日本工廠的試生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)有些問題，公司安排我立即趕赴工廠分析原因，經(jīng)過現(xiàn)場分析測試后問題當天得到解決，而我也有機會見到那個提出保險絲建議的工程師。

提建議的是一位老工程師，據(jù)說在住友電工已經(jīng)工作了幾十年。當我說明來意后他帶我到旁邊的會議坐下后，又抱了好大一摞資料過來。他的英文水平在日本工程師中還算不錯，不過日式發(fā)音確實比較難懂，而且有點磕磕巴巴，而我對日語的了解不超過從《地道戰(zhàn)》等電影里鬼子軍官說的幾句話。好在大家都是工程師，技術(shù)資料有些是英文的，日文版本的很多漢字也能明白，再加上圖表等，交流不存在障礙。

他很有耐心，不停的給我講解各種資料，包括了保險絲供應(yīng)商提供的規(guī)格書，不同系列的保險絲的工藝、特性、溫度曲線等，可以看到很多資料關(guān)鍵點上都有標注。幾乎整整一下午，從他那里我學(xué)習到大量的關(guān)于保險絲的知識及選取原則，技術(shù)溝通變成虛心討教，對他的不屑變成了由衷的敬佩和尊重。

他是這么解釋的：選取保險絲的目的是在系統(tǒng)工作狀態(tài)異常時及時斷開電源；保險絲因材料工藝不同種類各異，特性差異很大，我們選擇的那款保險絲屬于慢速響應(yīng)性的熱熔斷絲，而熱熔斷的本質(zhì)是流過保險絲的電流在期望的時間內(nèi)熱量的累積超過保險絲的熔斷要求，這是一個關(guān)于電流的積分過程，而且重要的是熔斷效應(yīng)是非線性的，需要先根據(jù)期望熔斷時間和規(guī)格書查找曲線圖上合適的點后反推到合適電流；他經(jīng)過仔細分析計算，我們這個項目最大電流持續(xù)時間極短，按照那個持續(xù)時間和最大電流的積分效應(yīng)根本不足以熔斷我們選擇的保險絲，換句話說我們選擇的保險絲根本達不到保險的目的；他是經(jīng)過分析、查表最終計算出比較合適的規(guī)格并據(jù)此提出建議；

雖然這位老工程師的面容早已忘記，姓名也壓根記不起，卻唯獨依舊記得那厚厚的資料，他詳細的分析，嚴謹?shù)耐茖?dǎo)計算，以及我當時的震撼和羞愧。從此之后，我努力去理解接觸到的每一種元器件的基本原理，對別人設(shè)計中不理解的部分不敢妄加評議。

這些年，我接觸過很多硬件工程師，也面試過許多硬件工程師，很遺憾很少有硬件工程師深入理解各種器件的原理和特性，每每看到那種無知而不屑的笑容，我仿佛就看到自己當年的影子。

電子工程師成長實錄之教訓(xùn)系列之三

2005年四月，我們研發(fā)的工業(yè)級ADSL局端和終端設(shè)備完成功能樣機貼片和硬件測試，開始和軟件團隊進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。順利開機、初始化完成、網(wǎng)絡(luò)連接正常，一起順利，大家紛紛開始憧憬起美妙的黃金周長假了。

不幸的消息很快從軟件部反饋過來，經(jīng)過初步測試，發(fā)現(xiàn)ASDL終端設(shè)備上行數(shù)據(jù)速率正常，但是下行數(shù)據(jù)速率遠低于設(shè)計要求，和芯片規(guī)格書給出的指標相差甚遠。按照常規(guī)流程，硬件團隊馬上進行電路測試，信號分析，供電檢查等；軟件團隊進行驅(qū)動檢查，特別是寄存器配置和數(shù)據(jù)分析等。大家樂觀的認為，解決這種問題應(yīng)該不算難事。

接下來幾天，大家做了大量的工作。首先就是對問題進行定位，看看是因為硬件不良還是軟件驅(qū)動存在問題。硬件方面首先對電路板進行完整的靜態(tài)和動態(tài)測試，驗證信號時序、邏輯、電平等，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。接著擴大硬件測試樣品數(shù)量，確認同一批次的板子測試結(jié)果和不良現(xiàn)象高度一致，基本排除了因物料差異和貼裝工藝導(dǎo)致的個體差異；軟件工程師將各種可能導(dǎo)致Bug的問題進行模擬驗證，對不同版本的驅(qū)動進行對比，對相關(guān)寄存器進行逐一排查，也未發(fā)現(xiàn)任何有價值的線索。一番折騰下來，沒有什么進展，而五一長假開始了，沒有什么好說的，取消一切出行計劃，開始加班加點解決問題。

各種常規(guī)的方法無法突破后，我們開始進行各種交叉測試：將阿爾卡特和中興等幾家采用相同硬件方案的Flash芯片取下來，和我們板子上Flash芯片互換進行交叉試驗，盡管采用的標準不一樣，但除了啟動時各家Logo不同外，其它功能基本沒問題。別的公司的板子更換Flash前后均正常，而我們的板子更換前后下行速率始終不能達到指標要求。這基本確定了問題是出在硬件的設(shè)計上。

明確了問題范圍，我們開始對硬件進行新一輪測試排查，測試的重點從時域轉(zhuǎn)換到頻域，果然通過頻譜分析儀測試分析，發(fā)現(xiàn)在600KHz附近有嚴重的干擾，而這一頻帶正是是下行通道的主力通帶范圍，0到4KHz是音頻通帶，是低通濾波后接電話機用于語音通信的，25KHz到200KHz是數(shù)據(jù)上行頻帶，200KHz到1.1MHz是數(shù)據(jù)下行通帶。

找到干擾頻點后就繼續(xù)追查干擾源，發(fā)現(xiàn)在距離通信驅(qū)動接口芯片比較遠的的一顆DC-DC芯片的功率電感處存在2倍頻600KHZ的較強干擾，繼續(xù)分析發(fā)現(xiàn)該電源芯片的振蕩頻率為300KHz，而原來參考設(shè)計上的是同一家公司的非常接近的料號的一顆料，但原來的芯片振蕩頻率是600KHz，2倍頻后是1.2MHz，已經(jīng)超出了ADSL的1.1MHz的頻帶范圍，但這顆料即將停產(chǎn)，所以后來電源供應(yīng)商的FAE和我們的工程師溝通時極力推薦這顆新料，由于新老物料參數(shù)一致而且價格更低，工程師就選擇了新料，由于料號幾乎相同，工程師在送樣測試時覺得輸出電壓、紋波系數(shù)和負載能力等指標都和老料一致，因而就選擇了新料。

因為該芯片距離通信接口芯片較遠，干擾源不是通過線間串擾過來而是通過空間耦合過來的，在時域范圍內(nèi)極難發(fā)現(xiàn)分析。問題定位后，通過在功率電感上增加屏蔽罩徹底解決了這個問題。但是七天長假已經(jīng)過去了六天，而我也落下了腰肌勞損的毛病，直到幾年后采用朋友的偏方才慢慢痊愈。

細細反思，至少有幾方面的教訓(xùn)：細節(jié)真的很重要，任何物料的跟更換都要慎之又慎，每個參數(shù)都要搞清楚；基礎(chǔ)知識真的很重要，如通信類的頻帶劃分，調(diào)制方式，時域和頻域的測試分析能力等；思路開闊、靈活應(yīng)變，需要多維度思考問題。

電子工程師成長實錄之教訓(xùn)系列之四

在成長實錄之教訓(xùn)系列之三中我有提到，2005年五一期間我們解決了ADSL局端及終端設(shè)備的頻帶干擾問題，初步測試下來功能正常，性能滿足要求，終于可以交付到測試部門進行完整的測試。不出意料的，新問題來了。

???

測試工程師測試下來發(fā)現(xiàn)一個問題，設(shè)備正常工作一段時間后會莫名奇妙的自動重啟，從開機到重啟的時間每次不固定，而且手上的5臺樣機都存在同一問題。

???

接到測試報告后，軟硬件團隊開始聯(lián)手進行系統(tǒng)調(diào)試。有系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的都知道，這個問題對工程師調(diào)試來說喜憂參半，喜的是這是一個必現(xiàn)的bug，相對來說問題比較容易復(fù)現(xiàn)和定位，問題是否得到解決比較好驗證；憂的是這個問題出現(xiàn)的時間長短是隨機的，功能都已實現(xiàn)，性能也達到要求，這種情況下的問題往往不簡單，需要調(diào)試的工作量很大。

這個問題對于硬件部分比較常見的問題一般有電源設(shè)計不良、復(fù)位電路、晶振電路、過熱保護、元器件不良、生產(chǎn)制程不良等；軟件部分可能存在的問題有系統(tǒng)配置不正確、異常流程處理不當、內(nèi)部看門狗不正確觸發(fā)等。

硬件團隊首先排查了可能存在制程問題，通過目視檢查和X-ray照射，未發(fā)現(xiàn)明顯異常；

全面監(jiān)測復(fù)位、供電和晶振等，均未發(fā)現(xiàn)自動重啟時存在異常狀態(tài)，通過對電路板全面的熱監(jiān)測也未發(fā)現(xiàn)存在過熱區(qū)域；軟件團隊也對可能存在的問題逐一排除，未發(fā)現(xiàn)任何異常。調(diào)試陷入僵局，項目一時無法進展。

沒辦法，軟硬件團隊再次回到對故障現(xiàn)象的分析梳理，重新擬定測試方案，尋找重啟時的共同點。經(jīng)常大量的測試，終于發(fā)現(xiàn)當系統(tǒng)傳輸大容量數(shù)據(jù)時出現(xiàn)重啟概率要大很多，而那種很輕負載狀態(tài)的設(shè)備重啟幾率較小，時間間距也會拉開更大。找到規(guī)律不代表就能找到確切問題點，甚至更加讓人迷茫。

當所有的分析測試都沒有結(jié)果時，我們重新回到對生產(chǎn)制程的分析，由于主控芯片和MAC芯片都是BGA封裝，電路板本身是10層板，大部分走線都是走在內(nèi)層，對我們的排查來說困難重重。經(jīng)過不懈努力，發(fā)現(xiàn)主控芯片到MAC的16根地址線因走線和貼裝工藝存在瑕疵而有虛短路現(xiàn)象，其中一根和地之間的阻抗由正常的10兆歐左右降為1兆歐左右，由于檢查BGA貼裝質(zhì)量的X-ray主要檢查是否存在短路或斷路問題，對于虛短是很難檢查出來的。由于該地址線并未短路，在初始化或低速率傳輸數(shù)據(jù)時問題不大，但當大容量數(shù)據(jù)高速傳輸時，地址線之間的差異就會顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致程序運行異常而觸發(fā)內(nèi)部看門狗，從現(xiàn)象上看就是系統(tǒng)自動重啟。

經(jīng)驗教訓(xùn)：不是能夠正常工作了硬件就萬事大吉，還要關(guān)注壓力測試和長時間測試；阻抗匹配很重要，對于很多問題，數(shù)據(jù)線和地址線等對地阻抗測試會告訴我們很多信息；嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試一定要有系統(tǒng)概念，軟硬件及測試團隊的通力協(xié)作是快速發(fā)現(xiàn)問題、定位問題和解決問題的前提和保證，很多現(xiàn)象是多種因素引起的，只有經(jīng)多細致分析，大膽推測、反復(fù)驗證才能解決問題。???

關(guān)注微信公眾號『玩轉(zhuǎn)嵌入式』，后臺回復(fù)“128”獲取干貨資料匯總，回復(fù)“256”加入技術(shù)交流群。

精彩技術(shù)文章推薦