硬件設計工程師是一種專門負責開發和設計電子設備、電路板和其他硬件組件的專業人員。他們需要具備廣泛的知識和技能，以便在設計和制造過程中取得成功。以下是硬件設計工程師所需的關鍵知識。

1. 電子學基礎知識：硬件設計工程師需要深入了解電子學的基本原理和概念，包括電路分析、信號處理、模擬與數字電子學等。掌握電子學的基礎知識將有助于他們理解和設計復雜的電路。

2. 數字系統設計：硬件設計工程師應該熟悉數字系統的設計和實現。這包括數字邏輯設計、時序邏輯與時鐘管理、數字信號處理等方面的知識。了解數字系統設計工具和編程語言（如VHDL或Verilog）也是必要的。

3. 微處理器和嵌入式系統：熟悉微處理器架構和嵌入式系統是硬件設計工程師的重要基礎。他們需要了解不同類型的微處理器、指令集架構、存儲器和外設接口等。此外，對于嵌入式系統的設計和開發也需要有相關經驗。

4. 模擬電路設計：掌握模擬電路設計知識對硬件設計工程師來說是至關重要的。他們需要了解放大器、濾波器、功率管理電路等模擬電路的基本原理和設計方法。

5. PCB設計與布局：硬件設計工程師應該了解PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）設計和布局的基本概念。這包括熟悉PCB設計軟件、了解EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性）和信號完整性等方面的知識。

6. 通信接口與總線：了解各種通信接口和總線標準（如USB、Ethernet、SPI、I2C等）是硬件設計工程師必備的技能之一。他們需要知道如何設計和配置硬件以實現不同設備之間的數據交換和通信。

7. 故障排除與測試：硬件設計工程師應該具備故障排除和測試硬件問題的能力。他們需要了解常見的故障排除技術、測量設備的使用方法，以及如何分析測試結果并提出解決方案。

8. 制造流程與標準：了解硬件產品的制造流程和相關的制造標準對硬件設計工程師來說非常重要。他們需要了解制造工藝、品質控制、可靠性測試等方面的知識，以確保設計的硬件產品能夠按照要求進行生產和測試。

9. 新技術與趨勢：硬件設計工程師應該對新的技術和行業趨勢保持敏感，并不斷學習和更新自己的知識。例如，物聯網、人工智能、無線通信等領域的發展都可能對硬件設計產生重大影響，因此了解這些新興技術是很有益的。

總之，作為硬件設計工程師，全面的電子學基礎知識、數字系統設計能力、微處理器和嵌入式系統的理解、模擬電路設計技能以及PCB設計與布局經驗都是必不可少的。同時，具備良好的故障排除和測試能力、對制造流程和標準的了解，以及對新技術和趨勢的敏感度，也將使硬件設計工程師在日常工作中更加成功和有競爭力。