《硬體十萬個為什麼（開發流程篇）》

1.知識點全覆蓋。從立項到流程與研發管理等九大環節流程闡述，系統清晰，層層推進。

2.案例翔實，實戰型強。不僅理論前沿，而且結合華為硬體開發等實際案例總結研發過程中的關鍵點。

3.詳解團隊建設與研發管理工程等相關隱形知識點，將開發流程與團隊管理高效融合。

4.教科書 工具書：作者多年行業經驗總結，將開發流程中的痛點各個擊破，方便新手入門、老手進階。

5.行業大咖力薦教材。比特大陸原董事長詹克團、重慶大學通信工程學院院長曾孝平等傾力推薦。

內容簡介：

硬體產品開發是一項複雜的工程，涉及產品定義、成本控制、質量管理、進度管理、研發管理、生產管控、供應鏈管理和售後服務等多個環節。合理的流程可以化繁為簡，提升溝通及合作效率，降低風險，確保項目按計劃交付。

本書分為10個章節，分別對硬體產品開發過程中的各個關鍵環節進行了詳細的介紹。每個環節都有相應的模板和說明，並且通過實際案例來說明流程的重要性和使用方法，旨在幫助硬體工程師和初創團隊更快地熟悉和掌握開發流程。

本書內容深入淺出、易學易懂，適合廣大高校的師生、硬體工程師和初創團隊的管理者參考使用。

作者簡介：

王玉皞，博士，二級教授，博士生導師，IET Fellow，IEEE Senior Member，中國通信學會高級會員，首批創新創業導師，「井岡學者」特聘教授，江西省百千萬人才工程入選者，江西省嵌入式系統工程研究中心主任，上饒師範學院副院長。

目 錄：

第1章 

硬體開發流程概述………………………………………………1 

第2章 

立項………………………………………………………………6 

2.1 工程師為什麼要關注立項 ………………7 

2.1.1 知其然，更要知其所以然 ………7 

2.1.2 從硬體工程師成長為硬體產品 

經理 ……………………………8 

2.2 技術先進≠商業成功 ……………………8 

2.3 硬體產品立項的核心內容 ……………10 

2.3.1 第一步：市場趨勢判斷 ………10 

2.3.2 第二步：競爭對手分析 ………12 

2.3.3 第三步：客戶分析 ……………16 

2.3.4 第四步：產品定義 ……………18 

2.3.5 第五步：開發執行策略 ………21 

2.4 如何進行立項評審？ …………………23 

2.4.1 立項溝通不充分會帶來的 

問題……………………………23 

2.4.2 讓大家都參與到立項評審中發表 

意見……………………………24 

2.5 立項的三重境界 ………………………25 

第3章 

需求 ……………………………………………………………28 

3.1 需求的概念 ……………………………29 

3.2 需求的收集 ……………………………31 

3.3 需求的有效傳遞與度量 ………………35 

3.4 需求的合法合規性審查 ………………36 

3.4.1 項目需求的合法性審查 ………36 

3.4.2 委託研發項目的法律問題 ……36 

3.4.3 項目實施過程中的知識產權 

問題……………………………37 

3.5 需求技術評審 …………………………38

第4章 

計劃 ……………………………………………………………40 

4.1 計劃是項目執行的節拍器 ……………42 

4.2 里程碑點、分層計劃、關鍵路徑 ………43 

4.3 定計劃、勤跟蹤、要閉環 ………………46 

4.4 範圍管理 ………………………………48 

4.5 變更管理 ………………………………51 

第5章 

總體設計 ………………………………………………………55 

5.1 總體設計概述 …………………………56 

5.2 需求轉化為規格 ………………………57 

5.3 硬體架構設計 …………………………62 

5.4 硬體可行性分析 ………………………66 

5.4.1 硬體方案評估 …………………66 

5.4.2 器件選型和性能評估 …………71 

5.4.3 預布局、結構設計、熱設計 ……76 

5.4.4 SI前模擬 ………………………82 

5.4.5 硬體成本管理 …………………86 

5.5 總體設計方案細化 ……………………92 

5.5.1 硬體邏輯框圖 …………………93 

5.5.2 硬體專題分析 …………………94 

5.5.3 硬體共用基礎模塊設計 ………99 

5.5.4 硬體DFX設計 ………………101 

5.5.5 專利布局 ……………………107 

第6章 

詳細設計 ……………………………………………………114 

6.1 硬體詳細設計…………………………115 

6.1.1 

為什麼要寫詳細設計文檔 …115 

6.1.2 詳細設計文檔的概述 ………116 

6.1.3 詳細設計文檔的設計入口 …117 

6.1.4 EMC、ESD、防護及安規 

設計 …………………………119 

6.2 原理圖繪製 …………………………120 

6.2.1 原理圖和PCB繪製工具 ……121 

6.2.2 原理圖繪製規範 ……………121 

6.3 原理圖審查 …………………………124 

6.4 歸一化 ………………………………127 

6.5 軟硬體介面文檔設計 ………………131 

6.6 FMEA分析 …………………………133 

6.7 PCB工程需求表單 …………………138 

6.8 PCB詳細設計 ………………………138 

6.8.1 PCB布局和布線設計 ………139 

6.8.2 SI後模擬 ……………………146 

6.9 PCB審查 ……………………………147 

6.9.1 布局階段注意事項 …………147 

6.9.2 布線注意事項 ………………148 

6.9.3 接地處理 ……………………149

第7章 

硬體測試 ……………………………………………………152 

7.1 硬體調試 ……………………………153 

7.1.1 

電路檢查 ……………………153 

7.1.2 電源調試 ……………………154 

7.1.3 時鐘調試 ……………………154 

7.1.4 主晶元及外圍小系統調試 …155 

7.1.5 存儲器件和串口外設調試 …155 

7.1.6 其他功能模塊調試 …………155 

7.2 白盒測試 ……………………………156 

7.2.1 基本性能測試 ………………156 

7.2.2 信號完整性測試 ……………159 

7.3 功能測試 ……………………………164 

7.3.1 整機規格測試 ………………164 

7.3.2 整機試裝測試 ………………166 

7.3.3 DFX測試 ……………………167 

7.4 專業實驗 ……………………………170 

7.4.1 EMC測試 ……………………170 

7.4.2 安規測試 ……………………173 

7.4.3 HALT測試 …………………175 

7.4.4 HASS測試 …………………180 

7.5 長期可靠性測試 ……………………182 

7.5.1 環境測試 ……………………182 

7.6 量產可靠性測試 ……………………185 

7.6.1 生產小批量測試 ……………185 

7.6.2 裝備測試 ……………………185 

7.6.3 器件一致性測試 ……………186 

7.6.4 工藝規程和單板維修技術 

說明 …………………………187 

第8章 

硬體維護 ……………………………………………………188 

8.1 轉維審查 ……………………………189 

8.2 可維護性和可靠性驗收 ……………190 

8.3 可供應性保障 ………………………191 

8.4 直通率 ………………………………192 

8.5 認證管理 ……………………………195 

8.6 產品變更管理（PCN）………………197 

8.7 生命周期管理 ………………………199 

8.8 故障返還件維修 ……………………201 

8.9 現網質量保障 ………………………203 

8.9.1 問題攻關 ……………………203 

8.9.2 質量回溯 ……………………206 

8.10 DFX需求建設 ……………………210 

第9章 

團隊建設 ……………………………………………………212 

9.1 白板講解 ……………………………213 

9.2 兄弟文化 ……………………………215 

9.3 績效管理 ……………………………216 

9.4 新員工培養 …………………………223 

9.5 思想導師 ……………………………228 

9.6 問題跟蹤 ……………………………230

第10章 

流程與研發管理 ……………………………………………234 

10.1 IPD在華為為什麼能成功？ ………235 

10.2 流程到底是什麼？ …………………236 

10.3 流程的價值在哪裡？ ………………237 

10.4 流程的基本要素 ……………………240 

10.5 流程管理怎麼管？ …………………244 

10.6 流程不是萬能的 ……………………252 

10.7 流程的核心方法論 …………………254

《硬體十萬個為什麼（無源器件篇）》

朱曉明在「硬體十萬個為什麼」微信公眾號的經營中，無私地分享了非常多有價值的知識。本書聚沙成塔，從實踐到理論、從經驗到本質、從技巧到原理，是一本難得的原創書籍，更是從事電子產品設計的工程師、愛好者的寶貴手冊。

全志科技副總裁——陳風

朱曉明在華為工作期間在多個產品領域設計的產品的競爭力業界領先，離開華為後他始終保持著對硬體的鑽研和熱愛，創建了「硬體十萬個為什麼」團隊。該團隊系統化地總結、提煉多年豐富的硬體工程經驗，寫成了這本硬體基本功書籍。希望「硬體十萬個為什麼」系列書成為硬體工程師和愛好者好的夥伴。

華為前硬體平台開發部長——陳華

朱曉明在硬體領域深耕近二十年，離開華為後他致力於硬體開發流程與方法的推廣，通過「硬體十萬個為什麼」教會了一大批一線硬體工程師如何正確做事，在國內「80」後和「90」後中有較多的粉絲，受到院士與專家的認可。

華為前硬體平台架構師——彭華

硬體設計是一門經驗性很強的學科，工程實踐經驗對產品的質量穩定至關重要。「硬體十萬個為什麼」團隊不忘初心，從硬體領域基礎的電阻、電容、電感出發，結合工程實踐經驗為大家進行了系統化的總結，幫助大家少走彎路，讓硬體從業者能夠站在前人的經驗上設計出更好的硬體產品。

阿里前高級硬體專家——劉光輝

本書從物理原理解釋工程現象，把一些工程經驗進行了邏輯分析和物理解釋，能夠切實有效地幫助到經驗不足的年輕硬體從業人員。朱曉明的硬體之路也是得益於715所老一輩硬體工程師的悉心指導，希望通過本書傳遞給更多年輕人老一輩工程師的硬體精神——嚴謹、敬業、鑽研。

中船重工第715研究所電子研究室主任、研究員——孫建華

無源元件是構成電路的基本組成元件，本書通過問答的形式，把電阻、電容和電感三類元件的應用場景都寫得非常清楚，其中還介紹了它們在信號完整性、電源完整性、電磁兼容性相關領域的應用。這是一本難能可貴的好書。

西安電子科技大學超高速電路設計與電磁兼容重點實驗室教授——李玉山

本書的幾位作者都是業內有豐富經驗的技術專家，書中詳細地解答了在元器件應用和選型中常見的問題，是一本值得期待的好書，給硬體工程師們！

《高速電路設計實踐》作者——王劍宇

這是一本來自工程實踐的書籍，全書結合了工程師常見的一些典型問題及一些經典的電路理論，深入淺出地把RLC這三種基礎元件完整地呈現在讀者面前。

「信號完整性」微信公眾號創始人，《ADS信號完整性模擬與實戰》作者——蔣修國

內容簡介：

  電子元器件是電路設計的基礎，而電阻、電容和電感又是電路設計中使用非常普遍的電子元器件。《硬體十萬個為什麼（無源器件篇）》從物理層面來闡述這三類元器件的實現原理，幫助讀者更好地理解這三類電子元器件的電氣特性及其在電路中的應用。

《硬體十萬個為什麼（無源器件篇）》分為三篇，每篇對應一類電子元器件，以問答的形式對三類元器件的原理和使用進行詳細的解釋。每篇還包括元器件的選型規範，幫助讀者快速掌握元器件的選型原則。

《硬體十萬個為什麼（無源器件篇）》內容深入淺出、淺顯易懂，通過豐富的實例來剖析枯燥的原理，適合廣大高校學生和電路設計相關工作的工程師。

作者簡介：

朱曉明，「硬體十萬個為什麼」微信公眾號創始人，擁有約20萬硬體工程師粉絲。曾任華為硬體經理、維護經理、產品經理、產品規劃師、系統設計師。近20年硬體研發經歷，參與設計及維護的硬體產品包括海軍裝備電信設備硬體平台、監控安防、伺服器、智能終端等。

王玉皞，博士，二級教授，博士生導師，IET Fellow，IEEE Senior Member，中國通信學會高級會員，*首批創新創業導師，「井岡學者」特聘教授，江西省百千萬人才工程入選者，江西省嵌入式系統工程研究中心主任，南昌大學人工智慧工業研究院院長，上饒師範學院副院長。

付世勇，「硬體十萬個為什麼」技術總監，曾任華為硬體系統工程師，PoE技術領域專家，作為IEEE委員全程參與了IEEE802.3bt標準（大功率PoE標準）的制定。

周輝林，博士，教授，主要研究方向為電波傳播及其工程應用，曾主持省部級以上項目兩項。

蔣修國，是德科技（中國）有限公司大中華區EDA技術支持經理，擁有10年以上高速產品設計經驗。

袁一鵬，曾任華為硬體工程師，曾任諾基亞西門子通信（杭州）有限公司數字硬體工程師。擅長通信硬體系統設計。

楊城，銳捷網路股份有限公司失效分析工程師。擅長電子元器件破壞性物理分析（DPA）、電子元器件可靠性與失效分析（FA）和電子元器件資源池建設等。

馮美文，杭州硬十科技有限公司硬體經理，主導開發了全國產晶元無人機解決方案、硬十的開源物聯網平台方案。

目 錄：

第1篇 電阻1

1電路中的電阻器是如何實現物理概念中的「電阻」的？2

2為什麼電阻需要多種種類？5

3電阻是如何分類的？7

4可變電阻都有哪些？11

5線繞電阻是用什麼材料製成的？可以用普通銅導線嗎？13

6金屬箔電阻如何實現「高精度」？15

7薄膜電阻和厚膜電阻有什麼區別？20

8薄膜電阻、厚膜電阻、金屬膜電阻、碳膜電阻、金屬氧化膜電阻之間有什麼關係？21

9為什麼我們越來越多地使用貼片電阻，而非直插元件？23

10為什麼插裝電阻用色環表示阻值？26

11如何識別色環電阻的阻值？26

12電阻的顏色有什麼含義？29

13阻容感的值為什麼經常是33、47、68這幾個數值？29

14貼片電阻上印的字元是如何表示電阻的？33

15為什麼電阻的實際值與標稱值總有些偏差？37

16電阻的失效模式和失效機理是什麼？38

17為什麼一般電阻怕「硫」？40

18影響電阻可靠性的因素有哪些？43

19電阻的壽命有多長？47

20為什麼電阻沒有固定的額定環境溫度？48

21為什麼電阻的額定功率需要降額使用？49

22電阻有了「額定功率」，為什麼還需要「工作電壓」？50

23浪涌對電阻有什麼影響？51

24電阻有哪些降額要求？53

25電位器與可變電阻是什麼關係？56

26電位器都有哪些種類？60

27是否可以使用電位器代替電阻？61

28為什麼不推薦使用排阻？62

29為什麼需要使用0歐姆電阻？63

30電阻主要用在哪些電路？65

31上拉電阻和下拉電阻在電路中有什麼作用？73

32為什麼電路端接電阻能改善信號完整性？81

33選擇串聯端接電阻的大小時如何在信號完整性和電磁兼容性之間平衡？88

34為什麼有時在電路中串聯220Ω電阻？89

35無感電阻的電感真的為0嗎？91

36用GPIO控制LED時該如何選擇串聯限流電阻？93

37片式厚膜電阻生產工藝過程是怎樣的？95

38電阻降額規範101

第2篇 電容104

1電容是如何實現存儲電荷的？105

2電容的主流廠家都有哪些？107

3電容有哪些種類？111

4電容的種類為什麼這麼多？118

5電容選型時，需要關注哪些參數？122

6各種電容關鍵參數及應用場景有什麼不同？127

7獨石電容、瓷片電容、陶瓷電容是什麼關係？130

8MLCC的內部結構是怎麼樣的？132

9為什麼陶瓷電容施加一個直流電壓後，電容值會變小？139

10如何對MLCC的偏壓特性進行測試？142

11溫度對MLCC的影響有哪些？148

12為什麼有的MLCC既稱為NP0，又稱為C0G？150

13為什麼表貼陶瓷電容一般不印字？152

14MLCC為什麼容易產生裂紋153

15MLCC如何避免應力失效？155

16MLCC壓電效應會帶來哪些危害？156

17MLCC為什麼也會嘯叫？157

18MLCC的失效原因都有哪些？159

19MLCC的ESR由哪幾部分組成？162

20如何識別MLCC的真假？163

21MLCC的生產工藝流程是怎樣的？167

22幾種電解電容之間有什麼不同？169

23鋁電解電容的內部結構是怎樣的？172

24鋁電解電容的陽極箔為什麼表面粗糙？174

25鋁電解電容為什麼不能承受反向電壓？177

26鋁電解電容的生產工藝流程是怎樣的？179

27鋁電解電容的壽命如何估算？181

28鋁電解電容的失效模式和失效機理是怎樣的？184

29鉭電容的內部結構和工作原理是怎樣的？187

30鉭電容的生產工藝流程是怎樣的？189

31在什麼場景下需要選用鉭電容？194

32鉭電容的失效模式和失效機理是怎樣的？196

33MnO2鉭電容的爆炸過程是怎樣的？197

34高分子聚合物電容中的高分子聚合物都是什麼？198

35高分子聚合物（Polymer）鋁電容的結構與特性是怎樣的？200

36薄膜電容都有哪些？都用在什麼地方？202

37電容工作時自己也會發熱嗎？205

38為什麼要關注電容的Q值？209

39電容有哪些作用？211

40電容的寄生參數如何影響電源完整性？214

41電容在電源設計中的應用216

42開關電源的輸入電容如何選型？221

43去耦電容的工作原理是怎樣的？224

44為什麼220V電源需要選擇安規電容？227

45如何計算電容串並聯後的額定電壓？231

46超級電容為什麼有那麼大的電容值？234

47超級電容的應用和前景238

48PCB設計時電容如何擺放？240

49電容的充放電原理及應用243

50電容在射頻電路中的運用245

51能直接用0603封裝的電容代替0402封裝的電容嗎？248

52如何對高頻電容進行測量和模擬？251

53電容降額規範254

54電容選型規範258

第3篇 電感262

1什麼是電感？263

2電感怎麼分類？265

3什麼場合需要使用電感？268

4主流電感的型號、規格及命名有哪些？269

5常見的磁芯有哪些？270

6磁環的顏色與材質之間有什麼關係？274

7功率電感的額定電流為什麼有兩種？275

8磁珠和電感有什麼不同的作用？278

9什麼是電感的Q值？282

10電感為什麼會嘯叫？283

11如何解決電感嘯叫？284

12共模電感的工作原理是什麼？286

13常用電感器件如何設計？289

14電感降額規範293

15電感選型規範294

16磁珠選型規範296

17一體成型電感有哪些「坑」？298

18電感在使用過程中有哪些常見問題？300