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嘉峪检测网 2021-09-02 11:45
为了避免选型过程中犯过的错误再犯,我们结合理论分析、实践数据、成功经验、失败教训等,整理出一些器件选型规范。有些公司喜欢出一些器件选型规范、或者器件选型指导书。但是并不是所有器件选型都适合出一份选型指导书或者规范的,有些器件的发展如此之快,以至于你的指导书出来,芯片已经更新迭代了,例如一些X86的处理器;有些器件,应用到某一个领域、或者应用到某一个特殊的应用场景,与其他应用场景使用方法会有不一样,如果盲目的借用别人的规范也会出现问题;有一些通识知识是隐形知识,很难通过选型规范进行知识传递。
器件选型时,如果公司有选型规范是为我们工程师正确的选择器件保驾护航,但是我们也需要有清醒的头脑,敢于去质疑和挑战已有的规范,进行反思和审视。例如《器件降额规范》,这是基于大量试验数据、实际案例总结出来,能实实在在帮助我们选好器件。比如,使用铝电解电容时,规范里建议选用铝电解电容需要考虑稳态的工作电压低于额定耐压90%;而钽电容,稳态的降额要求在50%;而陶瓷电容,稳态的降额要求在85%。这些数据考虑了一些器件的实效模式,最恶劣环境(高温、低温、最大功耗),稳态功率和瞬态功率差异等等因素。另外降额规范,是一个基于案例和事故不断修正的经验数据,不同的行业肯定有不同行业的降额规范,不同公司甚至有不同公司的降额规范。
我总结一下规范中都会强调的一些需要考虑的要素。
(1) 器件可供应性
大量发货产品选择器件最重要的就是要能持续稳定供应,因此要慎选生命周期处于衰落的器件,禁选停产的器件。我才做单板设计时,在设计一个电路时就是拷贝别人的电路,结果加工的时候发现由于器件停产了,从原厂那里采购不到了,只能在电子市场买翻新的器件。
对于关键的、用量大器件,至少有两个供应商的型号可以互相替代,有的还要考虑电路级、方案级的替代。这点很重要,如果是一个供应商独家供货的产品,就需要集体评估风险、决策是否可用。
我在刚开始工作的时候,接手一个项目。前一版硬件是高校的老师带着研究生做出来的,我在沿用的时候,没有考虑很多,直接使用了一个按键扫描的芯片。当我们进行采购的时候,才发现器件已经停产了。市场上已经没有对应的器件可以采购。为了应对交付,我们先买了一些翻新器件,然后只能重新设计软硬件。这种惨痛的教育,需要我们在器件选型的时候,一定需要审视所有器件的可供应性。
当前国产化大潮中,我们同样面临这样的问题。我们在STM8无法供货的情况下,找到了一个叫极海的国产芯片公司国产化替代,我们进行了软硬件的修改和验证。但是当我们完成第一次采购之后,在提交第二次采购计划时,厂家答复说今年都不会安排生产。。。。如果这样的话,我们前期投入的所有验证的工作量都打水漂了。所以我们也在积极推动厂家安排生产。
很多国产芯片厂家,虽然市场敏锐度很高,但是生产能力、规划能力、可靠性、器件资料等都是很欠缺的。在选型的时候,对一些新势力,需要多观察其各方面综合能力。
(2) 器件可生产性
器件的选择要方便生产,减少生产工序和加工复杂度。比如尽量选择表贴器件,只做一次回流焊就完成焊接,不需要进行波峰焊。部分插件器件不可避免选用的话,需要考虑能否采用通孔回流焊的工艺完成焊接等等,这些选型要求都能帮助减少加工工序和生产成本。
在做通孔回流焊的时候,我们需要确认所有的器件是否能够满足回流焊的炉温要求。有些连接器,耐高温非常弱,只能波峰焊或者手工焊,或者浸焊。如果盲目的为了实现生产效率的而改变工艺,会带来质量隐患就得不偿失了。有些器件高温后是隐患,例如容易损坏、使用次数变少、更容易应力损伤……
(3) 器件可靠性
硬件可靠性最考验工程师能力的,涉及的方面也很多,以散热,防静电,安全、失效率等来讨论一下器件可靠性要求。
可靠性要点 |
举例说明 |
散热 |
功率器件优先选用RjA热阻小,Tj结温更大的封装型号;处理器选型时,在性能满足的情况下,尽量选择功耗更小的器件。 |
ESD |
以太端口的防护规格要达到6KV以上;对于特殊的器件,如部分敏感的射频器件,要在电路上增加防静电措施。 |
安全 |
使用的材料要求满足防静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要求。 |
失效率 |
避免失效率高的器件,例如表贴的拨码开关;尽量不要选择裸Die的器件,容易开裂;大封装的陶瓷电容尽量不要选择,失效率高。 |
失效模式 |
需要考虑一些器件的失效模式是开路还是断路,失效后会造成什么后果,例如,钽电容要慎选,失效模式就是一个重要原因。 |
(4) 器件环保要求
很多公司的产品除了国内发货,还要海外发货。产品发往欧洲的环保的要求也比较严格,比如,你的设计要满足欧盟法规要求的“无铅化”。
(5) 器件归一化
你的公司已经选用了这个器件,并且在大量出货,有时虽然这个器件放在你的新产品上可能不是最适合的,但我们仍然会选择这颗器件。因为既可以通过归一让采购谈价时有更大的量去议价,还可以让使用更加放心,因为这颗器件已经经过了大批量的验证。
(6)公司的选型规划
某一个大类,例如:电源、时钟、处理器、内存、Flash等等都是有专门的人做整个公司的使用的规划和协调,提前进行市场调研,分析,确立一些选型规范。但是一些小公司可能没有这样的岗位,需要有管理人员确立大的选型方向。
(7)成本
如果在前面几条因素都不是致命的情况下——上述的因素都是浮云,紧盯此条。但如果成本足够有竞争力,在以上各要素里没有致命问题的情况下,你就牢牢盯紧成本这个要素。
我推荐大家通过规范帮助我们更准确高效的使用器件,但是工程师也不能盲目信任规范,在讨论技术问题是最担心听到大家说“规范就是这样写的”,你的参考的规范不一定正确。原因是,首先规范不一定适合你实际的设计场景,你需要低成本设计,但是规范强调的是高质量,就不一定适用。其次,有些技术领域发展太快了,你参考老的规范,可能很多设计都是冗余的。所以,规范确实能提高设计的准确率,但是,硬件工程师的深度思考不能被规范约束,硬件工程师要能跳出“参考电路”、跳出“规范”,从原理思考器件选型、硬件问题、设计方案。
来源:硬件十万个为什么