电子元器件选型规范

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元器件选型规范

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就算很大了，但是运行OS一般都是兆级以上。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QFP、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电子有限公司

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。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)OS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

2.1 SRAM 和 DRAM

SRAM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，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

而DRAM里面是选DDR2还是DDR3 要看具体的要求和处理器的能力了。

2.3 FLASH

Flash的分类列举如下，分三类：并行，串行，不可擦除。

① 并行Parallel flash

NOR Flash，Intel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 电子有限公司

② 串行Serial Flash 是以字节进行传输的，每次可以传输1-2Bit.如：MMC,SD,MS卡．串行闪存器件体积小，引脚也少，成本相对也更低廉。

③ 不可擦除Mask Rom Flash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EEPROM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ROM一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EEPROM和闪存器件是类似的，两者主要差别是EEPROM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EEPROM或者闪存的另一个因素。市场上目前可用的独立串行EEPROM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EEPROM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EEPROM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

3.1 CPLD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结构上的差异,具有各自的特点:

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CPLD更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。CPLD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E2PROM或FASTFLASH技术,无需外部存储器芯片,使用简单。电子有限公司

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QuartusⅡ，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／O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。