高速電路設計進階案例分享
某產(chǎn)品在從研發(fā)轉規(guī)模生產(chǎn)階段,采購部門給硬件工程師推薦了新的MOSFET(稱為A),該物料比該產(chǎn)品研發(fā)階段使用的MOSFET(稱為B)價格更低,且供貨渠道更友好。作為產(chǎn)品責任人的硬件工程師,應如何權衡該要求?
【討論】
尋找在價格、供貨上更有優(yōu)勢的元器件,是采購部門在采購這個專業(yè)領域的職責所在。在本案例中,如何在各個方面權衡該元器件變更推薦,做出是否采納的決策,則是硬件工程師的職責。
在權衡過程中,以下從幾個方面來簡要分析硬件工程師應考慮的方面。
①從成本方面考慮。既然該替換要求是采購部門基于成本原因而提出的,那么首先要判斷該元器件替換帶來的成本優(yōu)勢。成本方面的考慮,不是簡單地比較元器件的價格高低,而是要全方位考慮對產(chǎn)品綜合成本的影響。在本案例中,從成本出發(fā),更換MOSFET除看到A本身成本有優(yōu)勢外,還要考慮A和B的導通電阻的差異是否會導致導通功耗的不同,A和B的柵極電荷的差異是否會導致開關損耗的不同。若A功耗明顯高于B,是否會導致原設計的散熱能力不夠,而因此需要增加散熱片呢?如果是這樣,則散熱片就是額外加入的成本。這種分析只能依靠硬件工程師來進行,采購部門時此無能為力。
②從功能方面考慮。元器件的替換,應以不更改基本功能特征為前提,本案例中,對此無能為力本案例中,MOSFET的替換要求有哪些參數(shù)涉及基本功能特性呢?從硬件上看,這些參數(shù)包括MOSFET的通流能力、導通電阻、柵極電荷、極間寄生電容、柵極和源極壓差限值、安全工作區(qū)間等幾個基本參數(shù)。在元器件替換時,硬件工程師應仔細核對元器件手冊上參數(shù)的差異,判斷這些差異是否會導致功能特性的變化,并適當作一些替換實驗進行驗證。例如在某些應用中,對MOSFET的邊沿速度有較高的要求,則極間電容較大的MOSFET,就不一定適用。
③從性能、可靠性方面考慮。元器件的替換,是否會導致產(chǎn)品長期工作的能力變差,尤其當元器件替換發(fā)生在研發(fā)后期或已經(jīng)進入規(guī)模生產(chǎn)的階段。在這個階段,往往最耗費時間的各項性能測試、可靠性測試已經(jīng)完成,則在元器件替換時,尤其需要重視這一點。在本案例中,MOSFET就屬于和性能、可靠性緊密相關的元器件,需要通過計算或可靠性方面的測試來分析、驗證。
④從生產(chǎn)方面考慮。元器件的替換,是否會導致電路板加工工藝的復雜度提高,是否需要改變電路加工的工序,如果有這方面需求,則決策過程中應考慮生產(chǎn)部門的建議。在本案例中,若A和B的封裝有較大差異,如A的厚度明顯更厚,可能頂?shù)缴戏降纳岚澹瑒t是否能實現(xiàn)該替換,硬件工程師應聽取生產(chǎn)部門的建議。
【擴展】
有的元器件、芯片的替換,情況比本案例中的MOSFET復雜得多,對硬件工程師的決策能力有很高的要求。
例如在存儲器電路中,采用16片4Gb容量的DDR4 SDRAM,還是采用8片8Gb容量的DDR4呢?前者芯片總成本更低,后者硬件設計更簡單,需要的PCB層數(shù)可能更少。
例如在高速電路中,為了使高速差分對傳輸更長的距離,采用Redriver芯片還是Retimer芯片呢?前者芯片成本更低,供貨渠道更多,后者信號均衡能力更強,能滿足長距離信號傳輸?shù)囊蟆?/p>
例如在電源電路中,為了支持大功率CPU,是選擇大功率電源模塊,還是選擇多相源控制芯片搭建電源電路呢?前者電源電路設計簡單,后者雖設計難度較高,但成本可控制得更低,且設計中有較大效率優(yōu)化的自由度。
所以,一個優(yōu)秀的硬件工程師,不僅僅需要把電路設計做好,還應具有很高的通慮、方案決策方面的能力。
以上內(nèi)容來自行業(yè)內(nèi)高級電路設計專家“ 王老師 ”最新著作“ 高速電路設計進階 ”書中其一案例分享!
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