电子元器件选型规范

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
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
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。

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Quartus Ⅱ，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。

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，Xllinx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Xllinx公司的产品。

不过Xllinx 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
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StatixⅡ和StatixⅢ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，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Statix Ⅱ和StatixⅢ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StatixⅡGX和StatixⅢGX 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，Xllinx公司提供集成Power-Pc的Virtex-4 FX和virtex-5 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+MCU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 ClassⅡ电气接口标准，在对DDR进行设计时，会导致PCB布线相当复杂，器件的I／O管脚利用率相当低。

而Xllinx公司的FPGA几乎所有的管脚都支持SSTL-2 ClassⅡ电气接口标准，此时选用Xllinx
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封装器件，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Xllinx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，DCDC与LDO
DCDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器，包括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DCDC。

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30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA，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MOSFET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；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MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。

由於MOSFET的导通电阻很小，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DCDC了，应为从上面的原理可以知道，LDO的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在LDO上能量太大，效率不高。

DC -DC转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。

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MOSFET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的，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等等。

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、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CMOS工艺的芯片功耗较低，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，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，9~12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，实现平顶抽样。

对于高频信号的采集，采样/保持器是非常必要的。

如果采集直流或者低频信号，可以不需要采样保持器。

4．选择合适的量程
模拟信号的动态范围较大，有时还有可能出现负电压。

在选择时，待测信号的动态范围最好在A/D器件的量程范围内。

以减少额外的硬件付出。

在A/D采集过程中，线形度越高越好。

但是线形度越高，器件的价格也越高。

当然，也可以通过软件补偿来减少非线性的影响。

所以在设计时要综合考虑精度、价格、软件实现难度等因素。

6．选择A/D器件的输出接口
A/D器件接口的种类很多，有并行总线接口的，有SPI、I2C、1-Wire等串行总线接口的。

它们在原理和精度上相同，但是控制方法和接口电路会有很大差异。

在接口上的选择，主要决定于系统要求、以及开发者对于各种接口的熟练程度。