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20年来,最“失败”的电子岗位是硬件工程师

时间:2021-05-13 已阅读:818次


随着集成电路芯片产业追随摩尔定律的发展,一颗集成电路芯片被赋予了更强的性能、更复杂的系统功能,因此从狭义上来说,传统的硬件工程师只需要将传感器、最小系统、电源等模块(芯片)级联在一起就可以实现系统功能,导致硬件工程师成了简单的“连线工”;从另一个维度来看,目前电子产品尤其是消费类产品的生命周期越来越短,硬件工程师必须在短时间内完成电路详设,这就导致硬件工程师只依赖以往经验复制成熟设计,而难有能力的提高。这一现象正在由消费类产品向其他行业扩散。

深究其原因可以分为以下四类:

1. 以前没有那么多IC可用,硬件工程师需要利用很多电路单间搭建系统,甚至用到很多分离器件,所以电路分析能力一定要强。现在大部分电路都有集成好的IC,设计难度降低了。

2. 硬件工程师被分流了。好的工程师,追求能力提升的转做IC工程师了;大部分做了偏软件的工作,如嵌入式、上位机、APP等,只留下一小部分人做硬件工程师。

3. 即便硬件工程师的工作难度降低了(原因见第一点),但是硬件工程师的工作反倒所谓的“专业化”了,做原理图的、画PCB的、做后仿的,相互之间基本不染指别人的工作。硬件设计的内在联系,被这种岗位划分人为的割裂,没人能从整体上考虑完整的设计问题。

4. 大部分硬件工程师对于自身的工作质量追求不足,导致能力提升动力不够。诚然,集成电路的大量出现使硬件设计简单化,但是如果对于设计的质量有所偏重,例如高速、高精度、低噪声、低功耗等等,那么还是需要有很好的分析能力才能做到。毕竟,不是所有的硬件工程师都可以通过参考设计做出一样好的工作,也并不是说只要能懂别人芯片的设计文档,就可以做出一样好的设计,重要的是有扎实的专业知识加成。

综上所述,核心的问题是电路分析能力的退化。硬件行业中弥漫着“试错法”的工作方式,设计靠“经验”和“运气”,制版回来后的调试和问题定位也是靠试错的“运气”。倘若这样工作几年,能力无法得到大幅度提升。而所谓的经验,也只是避免犯一些低水平的错误,对于新的工作甚至连举一反一的帮助都没有。

回归看所谓的硬件行业的“专业化”。诚然对于简单设计,也许对于人的要求可以低一点,降低一些设计成本,提高一些设计效率。但是,稍微复杂一点的设计则无能为力。小编在工作中也遇到过有些硬件工程师只画原理图,不做任何的分析和仿真,甚至也不会做。这样的工程师在某种程度上只是承接了技工的工作。那开玩笑地说,是不是企业也可以招个美术专业的人来设计呢?毕竟他也可以读懂芯片设计文档,画的图还能好看一些。


硬件工程师本应朝属于他们专业领域的方向去深造,一个方向就是“精”:实现系统中高速、高精度、低功耗、低噪声的物理设计;另一个方向就是“全”:硬件+固件+驱动+全栈工程,能够启动最小系统,测试传感器,调试芯片寄存器,测试电源性能,测试接口物理层,甚至是再往上的数据链路层和协议层。



▪精通电子元器件基本工作原理与使用方法。包括:无源元件(电阻、电容、电感、晶振等)、有源器件(二极管、三极管、MOS、JFET、晶振、继电器、模拟开关等)、传感器及基本集成芯片(MCU、FPGA、DSP、温传、电流检测等);

▪熟练使用测量仪器仪表,并完全掌握其具体工作原理。包括:万用表、示波器、波形发生器、PXI类、ATE类测试系统;

▪掌握模电数电的专业知识。其实现阶段硬件工程师的技能问题也主要集中在这一点,如若做个简单的实验,给公司中的硬件工程师们一份大二模电/模集的期末考试题,或者考研真题,也许部分硬件工程师连30分(百分制)都考不到。反过来看这个实验结果则很可怕,如若一个硬件工程师的理论基础还不如大学生,而只是靠时间和项目去磨经验,显然这个逻辑并不符合大家的期望。所以,我们就需要强化模电与模电的基础功底,包括:运放比较器类、电源类等带有反馈控制的基础电路,ADC、传感器、滤波器等需要进行噪声优化及小信号分析处理,掌握电路闭环系统设计中外部因素的影响规律,优化系统电路的设计结构,提高精度与性能——这一项的缺失就是造成你家的示波器精度为何就是比别人差的主要原因。

▪完全自行设计PCB的能力。很多行业公司的PCB layout都是一个专门的职位或者外包,其实从产品性能角度来看,硬件工程师本应该自己做layout,很多设计要点其实是无法在文档的传递过程中详尽的叙述的。只有硬件工程师知道每个器件的优先级,知道每根信号线的优先级,也只有硬件工程师知道,那些不重要的规则,到底为什么不重要。而且,若没有自己做过PCB layout,很多时候别人说不可以,你就真的只能说“这样啊”,但其实,layout也是会偷懒的,拒绝你很多时候只是因为懒得做而已。这一现象其实在模拟IC设计或者ASIC设计中也普遍存在,在这里我们倡议能够将本应属于这个岗位的工作职能归还给回去,少一份浮躁,多一份合理。因此,从PCB设计专业技能角度来看:

- 掌握PI/SI,EMC/EMI,ESD,DFX设计与测试定位能力;

- PCB基于叠层、局部、模块化布局及交互式布局的设计思想,能够完成抑制寄生效应的最优设计和材料选型;

- 依据传输线理论最好端接、微带线、带状线及信号串扰与反射、电源及地层回流的优化设计,目的仍然是提高信号完整性,提高系统速度。

这些设计要求并不是停留在口头的要求和大而空的学习,需要结合电磁场理论及有限元仿真结论去优化设计结构,并通过特征化办法提取设计误差并校准,最终通过目标性迭代优化设计。



▪精通基于系统工作的时序分析与设计。主要包括逻辑器件中时序分析与设计、存储器中时序分析与设计等;复位和时钟的知识主要包括复位电路的设计、晶体和晶振的原理、设计和起振问题分析、时钟的主要参数指标等;存储器的应用主要包括eeprom、flash、SDRAM、DDR\2\3等知识原理、选型、电路设计以及调试等知识;

▪掌握控制与处理单元最小系统知识。包括ARM、POWERPC、FPGA等处理与控制器的架构,能够剖析这些处理器及控制器的工作原理(如何通过逻辑门实现功能);

▪熟练各种总线的开发与调试。包括PCI、PCIE、USB、SGMII、GMII、RGMII、uart、I2C、SPI、GPIO、JTAG等;能够基于控制器完成其通信协议的开发,信号质量优化及调试定位时序能力;

▪能够基于C/C++/Python等高级语言开展前端信号处理工作,具备开发与编译能力,提高系统处理从上位向嵌入式平台转移的效率;

▪能够胜任系统项目管理及产品经理岗位,能够在扫除全部技术盲区后构建项目整体技术指标架构,分解模块设计要求,制定各部位设计目标,把关风险并动态优化进度。

最后,愿每一个硬件工程师都能在“精”和“全”的专业道路上持续前进,一起打造未来最成功的电子类岗位。