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• 發(fā)布時(shí)間：2021-09-28
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【概要描述】PCB設(shè)計(jì)好了，送到制板廠加工好了，拿到手，下一步要做的就是“A”（Assembly，安裝元器件）了，也就是我們常說(shuō)的焊接、調(diào)試的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要具備比較好的焊接能力、對(duì)測(cè)試測(cè)量?jī)x器的正確使用，以及規(guī)范化的調(diào)試流程，最后還需要對(duì)設(shè)計(jì)的PCB板進(jìn)行功能和性能方面的測(cè)試，并撰寫(xiě)一份測(cè)試報(bào)告。我來(lái)逐一分解一下：

焊接是調(diào)試電路板的基本功

焊接需要一定的基礎(chǔ)手藝；調(diào)試需要一定的技能和步驟，對(duì)于一個(gè)新的項(xiàng)目，二者是結(jié)合在一起的，調(diào)試、焊接、調(diào)試、焊接、調(diào)試…..一步一步，直到最后把所有的元器件都安裝完畢，并且板子上的所有功能都得到了驗(yàn)證。

所以作為一個(gè)設(shè)計(jì)電路的硬件工程師首先要具備一定的焊接能力、一條清晰的調(diào)試思路和流程、分析和解決電路板上各種問(wèn)題的能力。

有工程師說(shuō)，我們單位有專(zhuān)業(yè)的焊接師傅，我只要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)就好了，是不是就不用學(xué)習(xí)焊接了？要知道對(duì)于多數(shù)新的設(shè)計(jì)，硬件工程師不可能讓專(zhuān)業(yè)的師傅把所有的元器件一次性安裝上、加上電，一切都Ok了，板子上一定會(huì)有各種各樣的問(wèn)題，研發(fā)階段的板子一定是一邊焊接一邊調(diào)試，如果自己沒(méi)有較好的焊接技能，你的調(diào)試工作就會(huì)受制于各種因素導(dǎo)致項(xiàng)目的工期延誤，你自己的焊接技術(shù)不過(guò)硬，也會(huì)由于虛焊、短路等不起眼的小問(wèn)題導(dǎo)致一系列的大麻煩。

所以做一個(gè)硬件工程師要十八班武藝樣樣精通 - 焊接、烘烤、吹孔、飛線，技術(shù)越全面、越精煉，調(diào)試中出問(wèn)題的概率也就越低，調(diào)試的過(guò)程也就越順暢。

必備的調(diào)試工具 - 測(cè)試測(cè)量?jī)x器

常規(guī)的測(cè)量四大件

硬件工程師的主戰(zhàn)場(chǎng)就是實(shí)驗(yàn)臺(tái)（也就是我們常說(shuō)的Lab），任務(wù)就是要調(diào)試（Debug）電路，除了烙鐵、剝線鉗、焊錫、松香、鑷子等等必要的工具之外，占桌面大片面積的，需要多個(gè)電源插座的，就是這看起來(lái)很高、大、上的用于常規(guī)測(cè)試測(cè)量的4大件工具。

萬(wàn)用表：它的主要作用就是測(cè)量電路的通斷、阻抗、電壓、電流等“歐姆定律”中的參數(shù)以及判斷二極管的方向。在電路板不加電和加電運(yùn)行的狀態(tài)下都可以通過(guò)萬(wàn)用表快速地查找到電路板上的問(wèn)題，尤其是可以通過(guò)多個(gè)電路板進(jìn)行參數(shù)對(duì)比從而迅速鎖定出問(wèn)題的地方。

直流穩(wěn)壓電源： 最常用的就是雙路可跟蹤電源（負(fù)電壓可以跟蹤正電壓的調(diào)節(jié)進(jìn)行電壓的自動(dòng)輸出調(diào)節(jié)）能夠給待測(cè)電路提供所需要的電壓/電流，電壓的調(diào)節(jié)可以從0v到比較高，比如25V，調(diào)節(jié)精度也比較高，能夠精確控制給電路板的供電，其具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)（通過(guò)設(shè)定限定的電流）等功能，電源的紋波非常低。要注意的是電源的輸出端有+、-和GND（通過(guò)電源的機(jī)殼連接到地球上的“地”）三個(gè)端子，你要調(diào)節(jié)輸出的電壓是在+/-兩個(gè)端子上體現(xiàn)出來(lái)的，是個(gè)相對(duì)的電壓值 - 比如5V，而只有將“GND”和“-”端子進(jìn)行連接，你在“+”端子上得到的電壓值才是相對(duì)于地球大地的+5V。

隨著電子產(chǎn)品的小型化、低功耗化，越來(lái)越多的產(chǎn)品是通過(guò)USB的5V端口給電路板供電，在電路板上通過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓、線性穩(wěn)壓的方式產(chǎn)生電路板上需要的多組電壓，因此隨處可及的USB電源端口 - PC的USB端口、電源插排上的USB充電口、手機(jī)的電源適配器、充電寶等都可以作為供電電源來(lái)使用，但要注意的是不同適配器其能輸出的電流能力是有很大差別的，要確保適配器輸出的功率能夠滿(mǎn)足待調(diào)試的板子的供電功率要求，并有一定的余量，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定；在適配器和電路板之間的USB連接線是有阻抗的，在供電電流比較大的情況下會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生比較大的壓降（歐姆定律V = I * R），一定要確保經(jīng)過(guò)了USB線的壓降到達(dá)電路板的電壓滿(mǎn)足你板子上對(duì)輸入供電電壓的要求；由于USB適配器是從220V的交流電上通過(guò)AC-DC開(kāi)關(guān)變換的方式得到穩(wěn)壓的5V DC，在輸出的5V直流電壓上會(huì)有較大的開(kāi)關(guān)噪聲，因此在具體的應(yīng)用中要確保你選用的適配器上的噪聲不會(huì)對(duì)板子的性能有影響，不同質(zhì)量的USB電源適配器的紋波性能差異也很大。

信號(hào)發(fā)生器（信號(hào)源）：被用來(lái)對(duì)待測(cè)的電路（DUT）提供一定幅度范圍、一定頻率范圍的激勵(lì)信號(hào)，有時(shí)還要在輸入的信號(hào)中添加各種特性的噪聲用以評(píng)估被測(cè)電路的某些特性。市場(chǎng)上主流的信號(hào)源都是通過(guò)DDS合成的任意波形發(fā)生器，可以方便地設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的波形、頻率和幅度，在模擬電路的調(diào)試中常用的測(cè)量激勵(lì)信號(hào)為可調(diào)幅度/可調(diào)頻率的正弦波，在數(shù)字電路的調(diào)試中常用的激勵(lì)信號(hào)為可調(diào)重復(fù)頻率、可調(diào)脈沖寬度的脈沖信號(hào)。

示波器：可以堪稱(chēng)我們工程師的眼睛，通過(guò)可視化的方式來(lái)觀察電路板上任何電信號(hào)的電壓或電流隨時(shí)間發(fā)生的變化，并能夠?qū)Ω鞣N參數(shù)（比如幅度、頻率、上升沿等）進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，然后根據(jù)這些信號(hào)的變化來(lái)測(cè)定電路特性。要用好示波器，首先要深刻理解示波器的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) — 模擬帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度，并在測(cè)量中正確使用探頭。

除了這常規(guī)的4大件之外，還有用于頻域測(cè)量的頻譜儀、用于看數(shù)字邏輯、時(shí)序關(guān)系的邏輯分析儀、用于網(wǎng)絡(luò)通信中的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等等，這些會(huì)根據(jù)被測(cè)對(duì)象的需要配置。

口袋儀器：

配備齊以上的儀器設(shè)備不僅費(fèi)用很高，而且占用較大空間、無(wú)法便攜，使用起來(lái)不夠靈活方便，最近幾年多功能合一、價(jià)格低廉的口袋儀器越老越受到工程師、高校師生的歡迎，比如Digilent（被NI收購(gòu)）的Analog Discovery II、ADI公司的ADALM2000，它們都在手掌大的盒子里集成了示波器、信號(hào)源、電源、萬(wàn)用表、頻譜儀、邏輯分析儀等功能。

儀器領(lǐng)域也在不斷的演進(jìn)，為了給我們工程師配備更輕便、更清晰、處理能力更強(qiáng)的“眼睛”。當(dāng)然要用好這些儀器，需要我們對(duì)其原理進(jìn)行深刻的理解，并結(jié)合日常的測(cè)試體驗(yàn)，不斷提升自己觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力，迅速升級(jí)為一個(gè)優(yōu)秀的硬件工程師。