【導(dǎo)讀】如何正確有效地選擇和使用電子元器件是提高電子產(chǎn)品可靠性水平的一項(xiàng)重要工作。以下將講解CPU、外設(shè)功能模塊選型以及整個(gè)原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程的注意事項(xiàng)。
電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性主要由設(shè)計(jì)和制造工作來(lái)保證，這是元器件生產(chǎn)廠的任務(wù)。但是國(guó)內(nèi)外失效分析資料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高，而是由于使用者對(duì)元器件的選擇不當(dāng)或使用有誤造成的。因此為了保證電子產(chǎn)品的可靠性，就必須對(duì)電子元器件的選擇和應(yīng)用加以嚴(yán)格控制。
對(duì)CPU進(jìn)行選型時(shí)，設(shè)計(jì)人員要先詳細(xì)理解設(shè)計(jì)需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標(biāo)要求。根據(jù)功能和性能需求制定總體設(shè)計(jì)方案。
總的來(lái)說(shuō)，CPU選型具有以下幾點(diǎn)要求：
a)性價(jià)比高;
b)容易開(kāi)發(fā)：體現(xiàn)在硬件調(diào)試工具種類(lèi)多，參考設(shè)計(jì)多，軟件資源豐富，成功案例多，但是比較難找;
c)可擴(kuò)展性好;
針對(duì)已經(jīng)選定的CPU芯片，選擇一個(gè)與我們需求比較接近的成功參考設(shè)計(jì)，一般CPU生產(chǎn)商或他們的合作方都會(huì)對(duì)每款CPU芯片做若干開(kāi)發(fā)板進(jìn)行驗(yàn)證，比如440EP就有yosemite開(kāi)發(fā)板和bamboo開(kāi)發(fā)板，我們參考得是yosemite開(kāi)發(fā)板，廠家最后公開(kāi)給用戶的參考設(shè)計(jì)圖雖說(shuō)不是產(chǎn)品級(jí)的東西，也應(yīng)該是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證的，否則也會(huì)影響到他們的芯片推廣應(yīng)用，縱然參考設(shè)計(jì)的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連接使用方法也絕對(duì)是值得我們信賴(lài)的。
當(dāng)然如果萬(wàn)一出現(xiàn)多個(gè)參考設(shè)計(jì)某些管腳連接方式不同，可以細(xì)讀CPU芯片手冊(cè)和勘誤表，或者找廠商確認(rèn)；另外在設(shè)計(jì)之前，最好我們能外借或者購(gòu)買(mǎi)一塊選定的參考板進(jìn)行軟件驗(yàn)證，如果沒(méi)問(wèn)題那么硬件參考設(shè)計(jì)也是可以信賴(lài)的;但要注意一點(diǎn)，現(xiàn)在很多CPU都有若干種啟動(dòng)模式，我們要選一種最適合的啟動(dòng)模式，或者做成兼容設(shè)計(jì)。
根據(jù)需求對(duì)外設(shè)功能模塊進(jìn)行元器件選型，元器件選型應(yīng)該遵守以下原則：
a)普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗(yàn)證過(guò)的盡量少使用冷偏芯片，減少風(fēng)險(xiǎn);
b)高性價(jià)比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價(jià)格比較好的元器件，減少成本;
c)采購(gòu)方便原則：盡量選擇容易買(mǎi)到，供貨周期短的元器件;
d)持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)停產(chǎn)的元器件;
e)可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類(lèi)比較多的元器件;
f)向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過(guò)的元器件;
g)資源節(jié)約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳;
對(duì)選定的CPU參考設(shè)計(jì)原理圖外圍電路進(jìn)行修改，修改時(shí)對(duì)于每個(gè)功能模塊都要找至少3個(gè)相同外圍芯片的成功參考設(shè)計(jì)，如果找到的參考設(shè)計(jì)連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設(shè)計(jì)，但即使只有一個(gè)參考設(shè)計(jì)與其他的不一樣，也不能簡(jiǎn)單地少數(shù)服從多數(shù)，而是要細(xì)讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯(lián)系芯片廠技術(shù)支持，最終確定科學(xué)、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設(shè)計(jì)。
這是整個(gè)原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的部分，我們必須做到以下幾點(diǎn)：
a)對(duì)于每個(gè)功能模塊要盡量找到更多的成功參考設(shè)計(jì)，越難的應(yīng)該越多，成功參考設(shè)計(jì)是“前人”的經(jīng)驗(yàn)和財(cái)富，我們理當(dāng)借鑒吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點(diǎn);
b)要多向權(quán)威請(qǐng)教、學(xué)習(xí)，但不能迷信權(quán)威，因?yàn)槿巳硕加姓J(rèn)知誤差，很難保證對(duì)哪怕是最了解的事物總能做出最科學(xué)的理解和判斷，開(kāi)發(fā)人員一定要在廣泛調(diào)查、學(xué)習(xí)和討論的基礎(chǔ)上做出最科學(xué)正確的決定;
c)如果是參考已有的老產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中要留意老產(chǎn)品有哪些遺留問(wèn)題，這些遺留問(wèn)題與硬件哪些功能模塊相關(guān)，在設(shè)計(jì)這些相關(guān)模塊時(shí)要更加注意推敲，不能機(jī)械照抄原來(lái)設(shè)計(jì)，比如我們老產(chǎn)品中的IDE經(jīng)常出問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)斟酌，廣泛討論和參考其他成功設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)我們的IDE接口有兩個(gè)管腳連線方式確實(shí)不規(guī)范;還有，針對(duì)FGPI通道丟視頻同步信號(hào)的問(wèn)題，可以在硬件設(shè)計(jì)中引出硬件同步信號(hào)管腳，以便進(jìn)一步驗(yàn)證，更好發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的本質(zhì);
硬件原理圖設(shè)計(jì)還應(yīng)該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然成功的參考設(shè)計(jì)中也體現(xiàn)了這些原則，但因?yàn)槲覀兛赡苁?ldquo;拼”出來(lái)的原理圖，所以我們還是要隨時(shí)根據(jù)這些原則來(lái)設(shè)計(jì)審查我們的原理圖，這些原則包括：
a)數(shù)字電源和模擬電源分割;
b)數(shù)字地和模擬地分割，單點(diǎn)接地，數(shù)字地可以直接接機(jī)殼地(大地)，機(jī)殼必須接大地;
c)保證系統(tǒng)各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線上的設(shè)備地址不能相同，等等;
d)閱讀系統(tǒng)中所有芯片的手冊(cè)(一般是設(shè)計(jì)參考手冊(cè))，看它們的未用輸入管腳是否需要做外部處理，如果需要一定要做相應(yīng)處理，否則可能引起芯片內(nèi)部振蕩，導(dǎo)致芯片不能正常工作;
e)在不增加硬件設(shè)計(jì)難度的情況下盡量保證軟件開(kāi)發(fā)方便，或者以小的硬件設(shè)計(jì)難度來(lái)?yè)Q取更多方便、可靠、高效的軟件設(shè)計(jì)，這點(diǎn)需要硬件設(shè)計(jì)人員懂得底層軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試，要求較高;
f)功耗問(wèn)題;
g)產(chǎn)品散熱問(wèn)題，可以在功耗和發(fā)熱較大的芯片增加散熱片或風(fēng)扇，產(chǎn)品機(jī)箱也要考慮這個(gè)問(wèn)題，不能把機(jī)箱做成保溫盒，電路板對(duì)“溫室”是感冒的;還要考慮產(chǎn)品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動(dòng)暢通的位置，有利于熱量散發(fā)出去;
硬件原理圖設(shè)計(jì)完成之后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照以上步驟和要求首先進(jìn)行自審，自審后要達(dá)到有95%以上把握和信心，然后再提交他人審核，其他審核人員同樣按照以上要求對(duì)原理圖進(jìn)行嚴(yán)格審查，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行討論分析，分析解決過(guò)程同樣遵循以上原則、步驟;
只要開(kāi)發(fā)和審核人員都能夠嚴(yán)格按以上要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和審查，我們就有理由相信，所有硬件開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出的電路板一版成功率都會(huì)很高的，所以提出以下幾點(diǎn)：
a)設(shè)計(jì)人員自身應(yīng)該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設(shè)計(jì)即是審核，嚴(yán)格自審，不要把希望寄托在審核人員身上，設(shè)計(jì)出現(xiàn)的任何問(wèn)題應(yīng)由設(shè)計(jì)人員自己承擔(dān)，其他審核人員不負(fù)連帶責(zé)任;
b)其他審核人員雖然不承擔(dān)連帶責(zé)任，也應(yīng)該按照以上要求進(jìn)行嚴(yán)格審查，一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，同樣反映了審核人員的水平、作風(fēng)和態(tài)度;
c)普通原理圖設(shè)計(jì)，包括老產(chǎn)品升級(jí)修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過(guò)兩版將進(jìn)行績(jī)效處罰，有點(diǎn)吹噓之嫌;
d)對(duì)于功能復(fù)雜，疑點(diǎn)較多的全新設(shè)計(jì)，原則上要求原理圖兩版內(nèi)成功，最多三版封板，超過(guò)三版要進(jìn)行績(jī)效處罰;
e)原理圖封板標(biāo)準(zhǔn)為：電路板沒(méi)有任何原理性飛線和其他處理點(diǎn)。
