器件选型时的经验

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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。
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9 k3 W/ m7 ^0 Z8 M我总结一下规范中都会强调的一些需要考虑的要素。
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(1)    器件可供应性

) k: h% K4 j- q0 F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。
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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。
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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。

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' d# Y* |- A3 W/ n4 C( U( N(2)    器件可生产性
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2 d/ T+ N$ Z8 e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。
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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……
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7 I9 g+ T- O& o. u(3)    器件可靠性

2 x7 {% @# N! p) n' ~2 v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
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; H2 D+ w3 N: k- Q举例说明

散热
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/ O" C% k" s( T% C5 _7 H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。

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8 {; u; v) z6 h* l1 p0 M) q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
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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。

$ m2 B( T- {; t  M( f失效率
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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。

, c) b# M# W1 k& ?失效模式

  S! |* U) M7 X' ]7 v' Q3 D5 @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。
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. f* l! Q. |  o# Y) T(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”。


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(5)    器件归一化
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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。

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    （6）公司的选型规划

$ ~% o' M6 F5 Q6 ^' c8 C6 k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。

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0 ~+ ~. F( ]% k- [. M' I- Y3 G    （7）成本
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    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。




3 g: e5 E) [0 [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。

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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。

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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……