电子元器件选型规范docx.docx

1、电子元器件选型规范docx兀器件选型规范一，元器件选型原则：a)普遍性原则：所选的元器件要是被广泛使用验证过的，尽量少使用冷门、偏门芯片，减少开发风险。b )高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本。c)采购方便原则：尽量选择容易买到、供货周期短的元器件。d )持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件。e )可替代原则：尽量选择 pin to pin 兼容芯片品牌比较多的元器件。f)向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件。g)资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚。二主要元器件选型1，处理器选型要求：要选好一款处理器，要考

2、虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开 发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。嵌入式微处理器选型的考虑因素在产品开发中，作为核心芯片的微处理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因为它的资源越丰富、 自带功能越强大，产品开发周期就越短，项目成功率就越高。但是，任何一款微处理器都不可能尽善尽美， 满足每个用户的需要，所以这就涉及选型的问题。(1)应用领域一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围， 例如：工业控制领域产品的工作条件通常比较苛刻，因此对芯片的工作温度通常是宽温的， 这样就得选

3、择工业级的芯片，民用级的就被排除在外。目前，比较常见的应用领域分类有航天航空、通信、计算机、工业控 制、医疗系统、消费电子、汽车电子等。(2)自带资源经常会看到或听到这样的问题：主频是多少 ？有无内置的以太网 MAC有多少个I /O 口？自带哪些接口 ？支持 在线仿真吗？是否支持OS能支持哪些OS?是否有外部存储接口 ?,以上都涉及芯片资源的问题， 微处理器自带什么样的资源是选型的一个重要考虑因素。芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。(3)可扩展资源硬件平台要支持 OS RAM和ROM对资源的要求就比较高。芯片一般都有内置 RAM和ROM但其容量一般都很小，内置512 KB就算

4、很大了，但是运行 OS般都是兆级以上。这就要求芯片可扩展存储器。(4)功耗单看“功耗”是一个较为抽象的名词。低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，还能增加可靠 性，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。(5)封装常见的微处理器芯片封装主要有 QFR BGA两大类型。BGA类型的封装焊接比较麻烦，一般的小公司都不会焊，但BGA封装的芯片体积会小很多。如果产品对芯片体积要求不严格，选型时最好选择 QFP封装。(6)芯片的可延续性及技术的可继承性目前，产品更新换代的速度很快， 所以在选型时要考虑芯片的可升级性。 如果是同一厂家同一内核系列的芯片，其技术可继承性就较好。

5、应该考虑知名半导体公司，然后查询其相关产品，再作出判断。(7)价格及供货保证芯片的价格和供货也是必须考虑的因素。 许多芯片目前处于试用阶段 (sampling)，其价格和供货就会处于不稳定状态，所以选型时尽量选择有量产的芯片。(8)仿真器仿真器是硬件和底层软件调试时要用到的工具， 开发初期如果没有它基本上会寸步难行。 选择配套适合的仿真器，将会给开发带来许多便利。对于已经有仿真器的人们，在选型过程中要考虑它是否支持所选的芯片。(9)0S 及开发工具作为产品开发，在选型芯片时必须考虑其对软件的支持情况，如支持什么样的 OS等。对于已有 OS的人们，在选型过程中要考虑所选的芯片是否支持该 OS,也

6、可以反过来说，即这种 OS是否支持该芯片。(10)技术支持现在的趋势是买服务，也就是买技术支持。一个好的公司的技术支持能力相对比较有保证， 所以选芯片时最好选择知名的半导体公司。另外，芯片的成熟度取决于用户的使用规模及使用情况。 选择市面上使用较广的芯片， 将会有比较多的共享资源，给开发带来许多便利2，常用存储器件选型2.1SRAM 和 DRAMSRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。动态 RAM( Dynamic RAM/DRAM保留数据的时间很短，速度也比 SRAM慢不过它还是比任何的 ROM都要快，但

7、从价格上来说 DRAMf比SRAM要便宜很多，计算机内存就是 DRAM勺。而DRAM!面是选DDR2还是DDR3要看具体的要求和处理器的能力了。2.3 FLASHFlash的分类列举如下，分三类：并行，串行，不可擦除。1并行 Parallel flashNOR Flash , In tel于1988年发明.随机读取的速度比较快，随机按字节写，每次可以传输 8Bit。一般适合应用于数据/程序的存贮应用中. NOR还可以片内执行(execute-in-place)XIP .写入和擦除速度很低。NAND Flash , 1989年，东芝公司发明.是以块和页为单位来读写的，不能随机访问某个指定的点 因

8、而相对来说读取速度较慢，而擦除和写入的速度则比较快 ，每次可以传输16Bit, 一般适用在大容量的多媒体应用中，容量大。如：CF, SM需要注意的是，Nand Flash在出厂时因为所采用的工艺不同，对 ECC纠错的能力要求也不同，一般情况下，越是容量大的Nand芯片出错的概率就越高，越需要更强的纠错算法，当然芯片本身性价比会越高。如何来选 择合适的处理器和 Nand芯片，主要看处理器 ECC纠错的能力和 Nand芯片ECC纠错的要求是否匹配2串行Serial Flash 是以字节进行传输的，每次可以传输 1-2Bit.女口： MMC,SD,M卡.串行闪存器件体积小,引脚也少，成本相对也更低廉

9、。3不可擦除Mask RomFlash的特点是一次性录入数据，具有不可更改性，经常运用于游戏和需版权保护文件等 的录入。其显著特点是成本低2.4 EEPROM存储器技术的成熟使得 RAM和ROM之间的界限变得很模糊，如今有一些类型的存储器 （如EEPROI和闪存）组合 了两者的特性。这些器件像 RAM一样进行读写，并像 ROMP样在断电时保持数据，它们都可电擦除且可编程，但各自有它们优缺点。从软件角度看，独立的 EEPRO和闪存器件是类似的，两者主要差别是 EEPRO器件可以逐字节地修改，而闪存器件只支持扇区擦除以及对被擦除单元的字、页或扇区进行编程。对闪存的重新编程还需要使用 SRAM因此它

10、要求更长的时间内有更多的器件在工作，从而需要消耗更多的电池能量。设计工程师也必须确认在修改 数据时有足够容量的 SRAM可用。存储器密度是决定选择串行 EEPRO或者闪存的另一个因素。市场上目前可用的独立串行 EEPRO器件的容量在128KB或以下，独立闪存器件的容量在 32KB或以上。如果把多个器件级联在一起， 可以用串行EEPRO实现高于128KB的容量。很高的擦除/写入耐久性要求促使设计工程师选择 EEPROM因为典型的串行 EEPROI可擦除/写入100万次。闪存一般可擦除/写入1万次，只有 少数几种器件能达到 10万次。今天，大多数闪存器件的电压范围为 2.7V到3.6V。如果不要求

11、字节寻址能力或很高的擦除 /写入耐久性，在这个电压范围内的应用系统采用闪存，可以使成本相对较低。3，可编程器件选型3.1CPLD 与 FPGA尽管FPGA和CPLD都是可编程ASIC器件，有很多共同特点，但由于CPLD和FPGA吉构上的差异，具有各自的特 占八、-1CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑 ,FPGA更适合于完成时序逻辑。换句话说,FPGA更适合于触发器丰富的结构,而CPLDM适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。2CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的 ，而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。3在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。 CPL

12、D通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程 ,FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程 ；FPGA可在逻辑门下编程，而CPLD是在逻辑块下编程。4FPGA的集成度比CPLD高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。5CPLD比 FPGA使用起来更方便。CPLD的编程采用E2PRO或 FASTFLAS技术，无需外部存储器芯片，使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法相对复杂。6CPLD的速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性。这是由于 FPGA是门级编程,并且CLB之间采用分布式互联,而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。7在编程方式上,CPLD主要是基

13、于E2PROM或 FLASH存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。 FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时丢失，每次上电时，需从器件外部将编程数据重新写入 SRAM中。其优点是可以编程任意次 ，可在工作中快速编程，从而实现板级和系统级的动态配置。8CPLD保密性好,FPGA保密性差。9一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明显。3.2可编程器件选型主要考虑以下几点： 器件的供货渠道和开发工具的支持； 器件的硬件资源；器件的电气接口标准；器件的速度等级；器件的温度等级；器件的封装；器件的

14、价格。3.2. 1器件的供货渠道和开发工具的支持目前，主要的 FPGA供应商有 Xllinx 公司、Altera 公司、Lattic 公司和 Actel公司，其中 Xllinx 公司和 Altera公司的规模最大，能提供器件的种类非常丰富。 FPGA的发展速度非常快，很多型号的 FPGA器件已不是主流产品，为了提高产品的生命周期，最好在货源比较足的主流器件中选型。两家公司都提供了优秀的开发工具。 Xllinx公司有集成开发环境 ISE , Altera公司有集成开发环境 Quartusn,两个集成开发环境支持本公司所有器件的设计和开发。该集成开发环境不仅功能强大、界面友好，而且 有很多第三方合

15、作伙伴提供相应的技术支持，能使器件获得更高的性能。因此，如果没有特殊应用要求，建 议最好在这两家公司进行器件选型。3.2. 2器件的硬件资源硬件资源是器件选型的重要标准。硬件资源包括逻辑资源、 I /O资源、布线资源、DSP资源、存储器资源、锁相环资源、串行收发器资源和硬核微处理器资源等。逻辑资源和I/O资源的需求是每位设计人员最关心的问题， 一般都会考虑到，可是，过度消耗I / 0资源和布线资源可能产生的问题却很容易被忽视。 主流FPGA器件中，逻辑资源都比较丰富，一般可以满足应用需求。可是，在比较复杂的数字系统中， 过度I / O资源的消耗可能会导致 2个问题：FPGA负荷过重，器件发热严

16、重，严重中要考虑器件的散热问题；局部布线资源不足，电路的运行速度明显降低，有时甚至使设计不能适配器 件，设计失败。据Altera公司推荐，设计中最好能预留 30%以上的逻辑资源、20%以上的I /O资源和30%以上的布线资源。而且，从两家公司器件的结构看， Xilinx 公司器件的可编程逻辑块相对于 Al-tera 公司要复杂一些，使用起来要灵活一些。在一些复杂的、控制信号比较多的设计中，适合选用 Xilinx 公司的产品。不过 Xlli nx公司器件布线资源是分段的，器件延时的可预测性要差一些。在这些应用场合，最好首先做设计仿真，对设 计？肖耗的布线资源，尤其是很容易被忽视的局部布线资源，

17、要有一个比较充分的了解， 然后在考虑器件选型，是比较理想的。在做乘法运算比较多而且对速度性能要求比较高的应用场合，最好能选用带 DSP资源比较多的器件，例如，Altera 公司的 Statix n和 Statix 川系列2 , Xllinx 公司的 Virtex-4 SX 和 Virtex-5 SX 系列等。器件中的存储器资源主要有 2种用途：作高性能滤波器；实现小容量高速数据缓存。 这是一种比较宝贵的硬件资源，一般器件中的存储器资源都不太多，存储器资源较多的器件逻辑容量也非常大，用得也比较少，供 货渠道也不多，器件价格也非常高。因此，在器件选型时，最好不要片面追求设计的集成度而选用这种器件，

18、 可以考虑选用低端器件+外扩存储器的设计方案。目前，主流FPGA中都集成了锁相环，利用锁相环对时钟进行相位锁定，可以使电路获得更稳定的性能。Xllinx公司提供的是数字锁相环，其优点是能获得更精确的相位控制，其缺点是下限工作频率较高，一般在 24 MHz以上；Altera公司提供的是模拟锁相环， 其优点是下限工作频率较低， 一般在16 MHz以上，其主流器件Statixn和Statix川系列中的增强型锁相环工作频率只要求在 4 MHz以上，其缺点是对时钟相位的控制精度相对较差。在通讯领域里，用光纤传输高速数据是一个比较常用的解决方案。 A1tera公司的Statix n GX和Statix川G

19、X系列1 , Xllinx 公司的Virtex-4 FX 和Virtex-5 FX 系列2都集成了高速串行收发器，这种器件价格一般 都比较高。目前，National和Maxim等公司提供的高性能专用串行收发芯片价格都不高，因此，如果只是进 行光纤数据传输没计，大可不必选用这种器件；如果是光纤数据传输 +逻辑或算法比较复杂的应用场合，最好是将两种方案进行比较，然后考虑是否选用该器件。利用集成硬核微处理器的 FPGA器件进行嵌入式开发，代表嵌入式应用的一个方向。Altera公司提供集成ARM的APEX系列器件，Xilinx 公司提供集成 Power-Pc的Virtex-4 FX 和virtex-5

20、 FX 系列器件。随着器件价格 不断下降，在很多应用场合，在不增加成本的情况下，选用该器件和传统 FPGA+MC的应用方案相比，能大幅度提高系统性能和降低硬件设计复杂程度。此时，选用该器件是比较理想的。3.2. 3电气接口标准目前，数字电路的电气接口标准非常多。在复杂数字系统中，经常会出现多种电气接口标准。目前，主流 FPGA器件可以满足绝大部分应用设计需求。可是，FPGA器件的每一个I /O并不支持所有的电气接口标准， 以Altera公司的FPGA为例，只有部分1/O支持SSTL-2 Class n电气接口标准，在对 DDF进行设计时，会导致 PCB布线相当复杂，器件的I /O管脚利用率相当

21、低。而 Xllinx 公司的FPGA几乎所有的管脚都支持 SSTL-2 Class n电气接口标准，此时选用 Xllinx公司的FPGA是比较理想的。3.2. 4器件的速度等级关于器件速度等级的选型，一个基本的原则是：在满足应用需求的情况下，尽量选用速度等级低的器件。该选型原则有如下好处（1） 由于传输线效应，速度等级高的器件更容易产生信号反射，设计要在信号的完整性上花更多的精力；（2） 速度等级高的器件一般用得比较少， 价格经常是成倍增加， 而且高速器件的供货渠道一般比较少， 器件的订货周期一般都比较长，经常会延误产品的研发周期，降低产品的上市率。3.2. 5器件的温度等级某些应用场合，对器

22、件的环境温度适应能力提出了很高的要求， 此时，就应该在有工业级甚至是军品级或宇航级的器件中进行选型。据调研，Altera公司每种型号的 FPGA都有工业级产品；Xllinx公司每种型号的 FPGA 都有工业级产品，部分型号的 FPGA提供军品级和宇航级产品。如果设计主要面向军用或航天应用，最好选用Actel公司的器件，该公司的器件主要面向这些用户。3.2. 6器件的封装目前，主流器件的封装形式有： QFP BGA和 FB-GA, BGA和FBGA封装器件的管脚密度非常高，设计中必须使用多层板，PCB布线相当复杂，设计成本比较高，器件焊接成本比较高，因此，设计中能不用尽量不用。不 过，在密度非常

23、高，集成度非常高和对 PCB板体积要求比较高的应用场合，尽量选用 BGA和FBGA封装器件。还有一种情况，在电路速度非常高的应用场合，最好选用 BGA和FBGA寸装器件，这2种封装器件由于器件管脚引线电感和分布电容比较小，有利于高速电路的设计。3.2. 7器件的价格器件集成度不断提高，性能不断上升，而价位不断下降是 FPGA器件发展的普遍趋势，因此，在不断推出的新型器件中选型是一个基本规律。 以Xilinx 公司刚推出的Virtex-5 为例，性能比Virtex-4 提高30%,而相对价位却降低35%。4,DCD（与 LDODCDC专换器，包括DCDC勺意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的

24、转换），只要符合这个定义都可以叫LDO但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫 DCDCLDO 是低压降的意思，这有一段说明：低压降（ LDO线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两 个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30卩V, PSRR为60dB,静态电流6卩A,电压降只有100mV LDO线性稳压器的性 能之所以能 够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用 P沟道MOSFET而普通的线性稳压器是使用 PNP晶体管。P沟道MOSFE是电压驱动的， 不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；

25、另一方面，采用 PNP晶体管的电路中，为了防止 PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力， 输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFE上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。 由於MOSFET勺导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用 LDO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多选用 LDO稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用， LDO稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的 的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在

26、DC -DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DCDC了，应为从上面的原理可以知道， LDOLDO上能量太大，效率不高。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型 DC- DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。近几年来，随著半导体技术的发 展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的 MOSFE可以输出很大功率，因而 不需要外部的大功率FET。例如对于3V的输入电压，利用芯片上的 NFET可以得到5V/2A的输

27、出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封 装。另外，如果开关频率提高到 1MHz还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、 PFM或者PWM方式选择等。总的来说，升压是一定要选 DCDC勺，降压，是选择DCDC还是LDO要在成本，效率，噪声和性能上比较。5,A/D转换器选型AD的选择，首先看精度和速度，然后看是几路的，什么输出的比如 SPI或者并行的，差分还是单端输入的,输入范围是多少，这些都是选 AD需要考虑的。DA的选择，主要是精度和输出，比如是电压输出还是电流输出在进行电路设计时，面对种类繁多的 A/D、D/A芯片，如何选择你

28、所需要的器件呢？这要综合设计的诸项因素，系统技术指标、成本、功耗、安装等，最重要的依据还是速度和精度。精度：与系统中所测量控制的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要 求的最低分辩率高一位。常见的 A/D、D/A器件有8位，10位，12位，14位，16位等。速度：应根据输入信号的最高频率来确定，保证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。通道：有的单芯片内部含有多个 A/D、D/A模块，可同时实现多路信号的转换；常见的多路 A/D器件只有电子有限公司 一个公共的A/D模块，由一个多路转换开关实现分时转换。数字接口方式：接口有并行 /串行之分，串行又有 SPI、I2C

29、、SM等多种不同标准。数值编码通常是二进 制，也有BCD（二 十进制）、双极性的补码、偏移码等。模拟信号类型：通常AD器件的模拟输入信号都是电压信号， 而D/A器件输出的模拟信号有电压和电流两种。根据信号是否过零，还分成单极性（ Unipolar ）和双极性（Bipolar ）。电源电压：有单电源，双电源和不同电压范围之分，早期的 A/D、D/A器件要有+15V/-15V，如果选用单+5V电源的芯片则可以使用单片机系统电源。基准电压：有内、外基准和单、双基准之分。功耗：一般CMOST艺的芯片功耗较低， 对于电池供电的手持系统对功耗要求比较高的场合一定要注意功 耗指标。封装：常见的封装是 DIP

30、,现在表面安装工艺的发展使得表贴型封装的应用越来越多。跟踪/保持（Track/Hold缩写T/H）：原则上直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持， 其他情况都应加采样保持。满幅度输出（Rail-to Rail） 新近业界出现的新概念，最先应用于运算放大器领域，指输出电压的幅度可达输入电压范围。在 D/A中一般是指输出信号范围可达到电源电压范围。A/D转换器件选型指南A/D转换器的品种繁多，性能各异， A/D转换器的选择直接影响系统的性能。在确定设计方案后，首先需要明确A/D转换的需要的指标要求，包括数据精度、采样速率、信号范围等等。1 .确定A/D转换器的位数在选择A/D器件之前，需要明确设计

31、所要达到的精度。精度是反映转换器的实际输出接近理想输出的精确程 度的物理量。在转化过程中，由于存在量化误差和系统误差，精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影 响是可计算的，它主要决定于 A/D转换器件的位数。A/D转换器件的位数可以用分辨率来表示。 一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率 ADC 912位称为中分辨率 ADC 13位以上为高分辨率。 A/D器件的位数越高，分辨率越高，量化误差越小，能达到的精度越高。理论上可以通过增加 A/D器件的位数，无止境提高系统的精度。但事实并非如此，由于 A/D前端的电路也会有误差，它也同样制约着系统的精度。比如，用A/D采集传感器提供的信号， 传感器的精度会制约 A/D采样的精度，经A/D采集后信号的精度不可能超过传感器输出信号的精度。设计时应当综合考虑系统需要的精度以及前端信号的精度。2 .选择A/D转换器的转换速率在不同的应用场合，对转换速率的要求是不同的，在相同的场合，精度要求不同，采样速率也会不同。采样 速率主要由采样定理决定。确定了应用场合，就可以根据采集信号对象的特性，利用采样定理计算采样速率。 如果采用数字滤波技术，还必须进行过采样，提高采样速率。3判断是否需要采样/保持器采样/保持器主要用于稳定信号量，实现平顶