【導讀】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重要工作。以下將講解CPU、外設功能模塊選型以及整個原理圖設計過程的注意事項。
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計和制造工作來保證，這是元器件生產(chǎn)廠的任務。但是國內(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，而是由于使用者對元器件的選擇不當或使用有誤造成的。因此為了保證電子產(chǎn)品的可靠性，就必須對電子元器件的選擇和應用加以嚴格控制。
對CPU進行選型時，設計人員要先詳細理解設計需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標要求。根據(jù)功能和性能需求制定總體設計方案。
總的來說，CPU選型具有以下幾點要求：
a)性價比高;
b)容易開發(fā)：體現(xiàn)在硬件調(diào)試工具種類多，參考設計多，軟件資源豐富，成功案例多，但是比較難找;
c)可擴展性好;
針對已經(jīng)選定的CPU芯片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產(chǎn)商或他們的合作方都會對每款CPU芯片做若干開發(fā)板進行驗證，比如440EP就有yosemite開發(fā)板和bamboo開發(fā)板，我們參考得是yosemite開發(fā)板，廠家最后公開給用戶的參考設計圖雖說不是產(chǎn)品級的東西，也應該是經(jīng)過嚴格驗證的，否則也會影響到他們的芯片推廣應用，縱然參考設計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是值得我們信賴的。
當然如果萬一出現(xiàn)多個參考設計某些管腳連接方式不同，可以細讀CPU芯片手冊和勘誤表，或者找廠商確認；另外在設計之前，最好我們能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟件驗證，如果沒問題那么硬件參考設計也是可以信賴的;但要注意一點，現(xiàn)在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要選一種最適合的啟動模式，或者做成兼容設計。
根據(jù)需求對外設功能模塊進行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則：
a)普遍性原則：所選的元器件要被廣泛使用驗證過的盡量少使用冷偏芯片，減少風險;
b)高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，減少成本;
c)采購方便原則：盡量選擇容易買到，供貨周期短的元器件;
d)持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預見的時間內(nèi)不會停產(chǎn)的元器件;
e)可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容種類比較多的元器件;
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;
對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改，修改時對于每個功能模塊都要找至少3個相同外圍芯片的成功參考設計，如果找到的參考設計連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設計，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地少數(shù)服從多數(shù)，而是要細讀芯片數(shù)據(jù)手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯(lián)系芯片廠技術支持，最終確定科學、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設計。
這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點：
a)對于每個功能模塊要盡量找到更多的成功參考設計，越難的應該越多，成功參考設計是“前人”的經(jīng)驗和財富，我們理當借鑒吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點;
b)要多向權威請教、學習，但不能迷信權威，因為人人都有認知誤差，很難保證對哪怕是最了解的事物總能做出最科學的理解和判斷，開發(fā)人員一定要在廣泛調(diào)查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定;
c)如果是參考已有的老產(chǎn)品設計，設計中要留意老產(chǎn)品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬件哪些功能模塊相關，在設計這些相關模塊時要更加注意推敲，不能機械照抄原來設計，比如我們老產(chǎn)品中的IDE經(jīng)常出問題，經(jīng)過仔細斟酌，廣泛討論和參考其他成功設計，發(fā)現(xiàn)我們的IDE接口有兩個管腳連線方式確實不規(guī)范;還有，針對FGPI通道丟視頻同步信號的問題，可以在硬件設計中引出硬件同步信號管腳，以便進一步驗證，更好發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì);
硬件原理圖設計還應該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個設計過程，雖然成功的參考設計中也體現(xiàn)了這些原則，但因為我們可能是“拼”出來的原理圖，所以我們還是要隨時根據(jù)這些原則來設計審查我們的原理圖，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，單點接地，數(shù)字地可以直接接機殼地(大地)，機殼必須接大地;
c)保證系統(tǒng)各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線上的設備地址不能相同，等等;
d)閱讀系統(tǒng)中所有芯片的手冊(一般是設計參考手冊)，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處理，否則可能引起芯片內(nèi)部振蕩，導致芯片不能正常工作;
e)在不增加硬件設計難度的情況下盡量保證軟件開發(fā)方便，或者以小的硬件設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟件設計，這點需要硬件設計人員懂得底層軟件開發(fā)調(diào)試，要求較高;
f)功耗問題;
g)產(chǎn)品散熱問題，可以在功耗和發(fā)熱較大的芯片增加散熱片或風扇，產(chǎn)品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“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，空氣流動暢通的位置，有利于熱量散發(fā)出去;
硬件原理圖設計完成之后，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審，自審后要達到有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原理圖進行嚴格審查，如發(fā)現(xiàn)問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則、步驟;
只要開發(fā)和審核人員都能夠嚴格按以上要求進行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬件開發(fā)人員設計出的電路板一版成功率都會很高的，所以提出以下幾點：
a)設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是審核，嚴格自審，不要把希望寄托在審核人員身上，設計出現(xiàn)的任何問題應由設計人員自己承擔，其他審核人員不負連帶責任;
b)其他審核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進行嚴格審查，一旦設計出現(xiàn)問題，同樣反映了審核人員的水平、作風和態(tài)度;
c)普通原理圖設計，包括老產(chǎn)品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰，有點吹噓之嫌;
d)對于功能復雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內(nèi)成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰;
e)原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點。
