硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计 郑春厚 杨玉

一部手机囊括了电源、模拟电路、信号完整性、电源完整性、音频、传感器、充电等各项内容，是硬件电路设计研发的集大成者，非常适合硬件工程师作为入门的学习对象。
“千里之行始于足下”，在硬件设计的学习中，基本功非常重要，本书首先以基本的电容、电感、电阻等器件为基础，详细介绍了BUCK、BOOST、LDO、电荷泵等常见电源拓扑。既涉及低频敏感的模拟电路注意事项，又囊括了高速电路关键设计指导，然后介绍了手机基带几个重要模块的设计原则，设计就是测试，无测试则无设计，最后介绍了测试仪表与板级测试。
全书含有43个原创实战案例讲解，知识点涉及范围广，内容全而精，非常适合初级、中级硬件工程师，以及本科生和硕士生阅读。本书前后文关联密切，笔者在需要的地方标注出知识点位置，各位读者可以细细体会，更全面深刻地掌握本书内容，同时本书配有二维码视频，读者可扫码直接观看。

郑春厚 公众号“工程师看海”创始人，小米前硬件工程师，曾参与MIX alpha、Redmi K40、小米平板5、小米10S等多款热门手机研发。985硕士，国际人类脑图谱学会会员，任职世界500强，多次参与千万级项目研发。专注于硬件、软件设计分享，前沿技术剖析，知乎、CSDN、电子星球知名博主。

适读人群 ：初级硬件工程师
知名科技自媒体创作者“工程师看海”首部力作。本书囊括了基本器件、常见的开关电源、线性电源等电源拓扑，还有模拟电路、信号完整性、电源完整性、传感器、测试仪表等重要内容，同时加入了大量的仿真和实际案例，渗透了作者实际工作中大量经验总结。全书含有43个原创实战案例讲解，知识点涉及范围广，内容全而精，非常适合初级、中级硬件工程师

在我刚参加工作时，领导和我说：要从用户的角度出发，设计出一款真正符合用户需求的、能让用户满意的好产品。
这句话，我一直铭记于心。
书也是产品，市面上关于硬件电路的书籍纷繁复杂，应该如何挑选？
有很多同学在公众号后台留言，希望我能推荐一本适合硬件工程师入门的书籍。同时，有太多的同学想深入学习电路设计，但苦于没有方向，在工作中挖掘不出学习的点，白白浪费了学习的契机。
基于上述两个原因，我策划了这本非常适合初级工程师和在校学生阅读的图书。但如何写一本符合读者需求、能让读者满意的好书，一直困扰着我，公众号的原创文章得到了业内广大读者的一致好评，这增加了我写好本书的信心。
本书虽然以介绍手机基带电路设计为主，但是消费类电子以手机设计为最难，手机涉及的电路也是其他硬件产品中常见的电路。“麻雀虽小，五脏俱全”，以手机电路设计为切入点来指导硬件设计实在是再合适不过了。因此，本书囊括了基本器件、常见的开关电源、线性电源等电源拓扑，还有模拟电路、信号完整性、电源完整性、传感器、测试仪表等重要内容，同时加入了大量的仿真和实际案例，它们都是笔者实际工作中的经验总结。
本书前后文联系非常紧密，在需要前后文关联的地方我都逐一进行了说明。书中避免出现过多烦琐的公式，对初级硬件工程师而言，可读性非常高，相信你认真看完此书后，很愿意分享给你的朋友。
以书会友，这也是我交朋友的一种方式。
其实，技术是一方面，方法是另一方面，作者希望各位读者仔细体会书中内容，要常常反问自己：为什么我没有发现这些问题？作者是怎么分析问题的？思维方式很重要，如果思路打不开，很快就会遇到职业瓶颈，会浪费宝贵的时间，抓不住学习的机会，后面想补救就很麻烦，所以学会如何学习很重要。
遇到过一些同学，只会操作设备而不理解测试指标的物理意义，只知道测试数值要在公司内部标准之内，而这个指标是什么含义却并不清楚。怎么优化电路、怎么整改PCB来达到指标，就更不知道了。明明有那么多东西可以去学、值得去学，却白白浪费了机会。
而高手的过人之处在于能看到工作中学习的机会，能看到哪些东西需要去学、值得去学，而不是等着别人告诉他去学什么、怎么学、学到什么程度。
我们和高手的差距，只有这一点点，而正是这一点点，会让我们的差距越来越大。
所以，看一个人的能力，不在于他现在能做多少事情，更在于他以后能做多少事情。
我总结为：深入一层看技术，上升一层看方法。因此建议读者在阅读本书时，认真揣摩本书的写作思想。
首次写书难免有不足之处，如有不妥之处请在公众号“工程师看海”后台留言。公众号回复：“硬件设计指南”，可以得到本书勘误。
本书的完成要感谢杨玉给予的鼓励和支持，并优化部分图片，感谢小米高级工程师陈宇、郭少伟和王重播等同行工程师对手机、信号完整性和PDN部分给出了诸多修改建议。感谢ADI工程师丁茹梦作为本书第一读者给出了优化方向。感谢艾为电子吕光临、奥微电子董永刚、韦尔半导体门淑芳提供部分素材，希望国内的产品设计越来越强大。
最后还要感谢家人、朋友、同事的鼓励和支持。
前言以初入职场时领导的语录为始，现在就以第一次离职时师父的寄语为终：尘世间，唯梦想不可辜负。
希望各位读者都能成长为一名优秀的工程师！

郑春厚（工程师看海）

第1章千里之行始于足下：手机常用元器件
1.1电容、电感与磁珠
1.1.1电容参数介绍
1.1.2三端子电容有什么优势？
1.1.3电感参数介绍
1.1.4电感与磁珠有什么区别？
1.2电阻噪声哪里来？
1.3二极管特性介绍
1.4晶体管特性介绍
1.5MOS管特性介绍
1.6TVS参数与ESD抑制原理
1.7器件实战案例讲解
1.7.1实战讲解：MLCC电容为什么会叫？怎么让它“闭嘴”？
1.7.2实战讲解：CBOOT的秘密——自举电容
1.7.3实战讲解：为什么MOS管要并联个二极管？
1.7.4实战讲解：哪来的静电？
1.7.5实战讲解：降额的秘密——不要挑战手册
第2章为有源头活水来：手机常用电源架构
2.1基于电感的开关电源
2.1.1BUCK降压电源原理
2.1.2怎么选择BUCK降压电源的电感
2.1.3BOOST升压电源原理
2.1.4BOOST电源电感的选择
2.1.5BUCK-BOOST负电源原理
2.2线性电源原理介绍
2.2.1NMOS LDO基本原理
2.2.2PMOS LDO基本原理
2.2.3LDO重要参数介绍
2.3基于电容的电荷泵电源
2.4弱电流源原理
2.5电源实战案例讲解
2.5.1实战讲解：BUCK开关节点下冲负电压原因
2.5.2实战讲解：电源快放电原理
2.5.3实战讲解：基于PWM反馈的电压控制策略
2.5.4实战讲解：LDO Dropout的选择与PCB走线设计
2.5.5实战讲解：LDO输出为什么并联电阻？
2.5.6实战讲解：电源幅值超标的调试经过
2.5.7实战讲解：为什么负载减小时电源输出电压会下降？
2.5.8实战讲解：为什么你的LDO输出不稳定？
2.5.9实战讲解：开关电源的PWM与PFM模式有什么特点？
第3章山重水复疑无路：模拟信号处理
3.1镜像世界的桥梁：ADC
3.2信号分析基础
3.2.1傅里叶变换与信噪比
3.2.2调制与解调原理
3.2.3傅里叶变换与PWM
3.2.4为什么系统带宽定义为-3dB?
3.3无源滤波器
3.3.1为什么低通滤波器也是积分器？
3.3.2为什么高通滤波器也是微分器？
3.3.3什么是二阶滤波器？
3.3.4先滤波还是先放大？
3.4共模信号与差模信号
3.5运算放大器基础
3.5.1同相放大电路
3.5.2反相放大电路
3.6模拟电路实战案例讲解
3.6.1实战讲解：滤波电路中电容的分析方法
3.6.2实战讲解：模拟信号受蓝牙干扰案例分析
3.6.3实战讲解：低采样率能不能采集到高频信号？
3.6.4实战讲解：高通滤波器去除基线漂移
3.6.5实战讲解：什么是地？有哪几种地？
3.6.6实战讲解：测电流时没有理解地线，导致电路烧毁
第4章天下武功唯快不破：信号完整性基础
4.1从传输线说起
4.1.1高速、高频和高带宽有什么差异？
4.1.2环路电感
4.1.3参考平面与传输线
4.1.4微带线与带状线
4.1.5特性阻抗
4.2信号的反射
4.2.1反射与反弹图
4.2.2阻抗控制
4.3哪来的串扰？如何抑制？
4.4S参数
4.5信号完整性实战案例讲解
4.5.1实战讲解：端接电阻与阻抗匹配
4.5.2实战讲解：TDR阻抗测量
4.5.3实战讲解：为什么用网格铜？
4.5.4实战讲解：短线不用做阻抗？
第5章家书抵万金：手机基带硬件设计
5.1手机基带简介
5.2锂电池及其保护
5.2.1锂电池参数介绍
5.2.2锂电池放电欠电压保护UVP原理
5.2.3锂电池放电过流保护OCD原理
5.3电源架构梳理
5.4非常重要的Power Path：电源路径
5.5手机充电原理
5.5.1手机充、放电架构
5.5.2手机充电流程
5.5.3一种快充方案介绍
5.6PDN及其优化
5.6.1PDN概念
5.6.2PDN DC仿真与优化方向
5.6.3PDN AC仿真与优化方向
5.7相机与屏幕接口
5.7.1相机接口
5.7.2屏幕接口
5.7.3MIPI D-PHY
5.7.4MIPI C-PHY
5.7.5MIPI开关简介
5.8音频接口
5.8.1耳机与USB通路
5.8.2扬声器驱动电路
5.9传感器
5.9.1陀螺仪、加速度计与磁力计
5.9.2红外与闪光灯
5.9.3光感与距感
5.9.4电动机振动器
5.10SIM卡简述
5.11EMC基础
5.11.1静电耦合与磁场耦合
5.11.2天线效应电磁耦合
5.11.3差模干扰与共模干扰
5.12手机设计实战案例讲解
5.12.1实战讲解：五个PCB布局攻略
5.12.2实战讲解：DCDC开关电源电容布局重点
5.12.3实战讲解：相机受干扰分析与解决方案
5.12.4实战讲解：模拟电路走线攻略，为什么有主地？
5.12.5实战讲解：EMC电容对手机串口的影响
5.12.6实战讲解：MIPI C-PHY整改案例
5.12.7实战讲解：著名的TDMA噪声
5.12.8实战讲解：漏电分析过程
5.12.9实战讲解：常见分析维修思路
5.12.10实战讲解：灌电流分析短路的“烧鸡大法”
5.12.11实战讲解：手机功耗优化
5.12.12实战讲解：电量测不准、电量跳变的原因
5.12.13实战讲解：手机研发流程介绍
第6章欲善其事必利其器：测试仪表与板级测试
6.1万用表基础
6.1.1如何测电路通断？如何高精度测量电压？
6.1.2万用表的DC档与AC档有什么差异？
6.2示波器基础
6.2.1示波器探头参数揭秘
6.2.2示波器参数揭秘
6.2.3示波器采样基础
6.2.4信号源与示波器的阻抗匹配
6.3电路测试实战案例讲解
6.3.1实战讲解：示波器的垂直分辨率有什么影响？
6.3.2实战讲解：怎么理解示波器探头的环路电感？
6.3.3实战讲解：为什么你测的信号不准？
6.3.4实战讲解：怎么测纹波？
6.3.5实战讲解：怎么测时序？
6.3.6实战讲解：电池电压为什么测不准？