KA_IX

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电子入门贴:元器件的“库”与料号、封装、供应商

2021-1-19 11:53:54 显示全部楼层
元器件的基本属性解读

元器件的种类很多,除了其电性能参数之外,还有其他的很多数据,如:

供应商相关信息:生产厂商、厂商料号
内部管理相关信息:内部物料编码、器件库信息、替代料关系
元器件硬件相关信息:规格书、电气性能、原理封装、PCB封装
元器件结构相关信息:2D资料、3D模型
采购相关信息:价格、最小包装、交期、供应商关系

“元器件库”,library,就是上述内容的合集。各家公司不一样,但至少要包含厂家料号、电气性能描述、原理封装、PCB封装这些核心信息。越大的公司,管理的越细致。这个library,并不是初学者理解中的,画一个原理图封装一个pcb封装就完了的。而是集物料全部信息为一体的综合性的“库”。

厂家+厂家料号,是一颗元器件的基本标识。例如:YAGEO RC0201JR-0710RL,是一颗国巨生产的10ohm电阻。Qualcomm MSM8916-1,是一颗高通生产的8916CPU。AWINIC AW8735TQR 是一颗艾为生产音频功放。料号,就是物料的编号,有时候会叫做物料编码, Part Number、Material Code、Ordering Code,一般都是指厂家料号。相当于物料的名字。

同一厂家的不同元器件,肯定是不同的料号的,元器件和料号要一一对应。同一个元器件如果有几个名字,或者几个元器件对应同样的名字,就无法管理了。即使是一模一样的物料的几个不同的版本,也会有区分。

那么多生产元器件的厂家,会不会名字有重复呢?一定会,但是比较少,主要集中在二极管三极管这样的标准化常用物料上。大部分时候,元器件厂商都是有节操的,哪怕是抄别人的功能,也会尽量避免完全一样的名字。但不管怎么重复,厂商名字肯定不会重复的,所以“厂家+料号”这个组合肯定不会重复,只要采购根据“厂家+料号”去下采购订单,就一定不会错误。

每个厂家对于自己生产的元器件都会有自己的命名方式,一般采用有规律性的命名,通常是采用“类别+系列+参数+版本标识”,在元器件对应的规格书上会有明确的说明。所以从料号上,能看到这个颗物料的一些基本信息。大家接触物料多了,熟悉这些厂家的编码方式,对于常用物料,看到料号一眼就能认得出来这是谁家的什么东西。例如TPA、TAS、TPS是Ti的物料的开头,MSM、QCA、APQ是Qualcomm的物料的开头,SKY是Skyworks的物料的开头等等。

选型之原理图封装

原理图封装

元器件,画原理图的时候要有一个符号,这个符号就是原理图封装,代表这一个元器件。其包含三个大的部分:形状、文字、引脚。(配图:电阻电容电感、二极管、20脚左右的方形的芯片的原理封装)

元器件封装

形状,就是原理封装的外形,像电阻用长方形、电容用两横、电感用螺旋形、芯片用方块来标识,都是约定俗成、能够一眼就看明白的形状和图案。本身没有电气性能的任何意义,仅仅用来让看图的人能够一看看明白这是个什么东西。

如果说用两横来代表电阻,长方形来代表电容行不行?从道理上讲是可以的,也能把项目做出来,但是看的人就不明白了。不管是形状和命名规则还是编号的前缀,这些都有习惯的规矩,按照这些规矩来画图,图纸就可以放之天下皆标准,不管哪国的工程师都看得懂了。(配图:电阻电容电感、二极管、20脚左右的方形的芯片的原理封装)

对于内部封装了多个功能的元器件,尽量能够把核心功能都画出来。图画的标准了,看图和改图的人就轻松,直接对着图看,都可以不用看元器件规格书。所以这里一定要画的精确一些,重要的一定要画上,没有的一定不能有,不要引起误导。例如,某些共模滤波器自带TVS管,那就要把TVS也画上去,而不是仅仅只画一个滤波器。MOS管都有寄生二极管且在选型的时候需要考虑寄生二极管的耐压值,是个重要的参数,因此MOS管的封装上也会画有这个二极管。(配图:带tvs的工模滤波器、带二极管的mos管)

对于芯片类的形状,没有必要也不太可能把内部功能都画出来,那么可以用线条把功能区域框出来,以文字的形式注明这一块是做什么的。

文字,也是用来展示这颗元器件的基本属性,十分有利于提升设计效率和避免出错。例如我们自己设计的产品,有些精密一些的大量使用0201的元器件,有些尺寸大一些的就使用0402的元器件。如果同样都是电阻,0201和0402的形状看起来是一样的,那就区分不出来了,很有可能会在实际应用中误把0201的料用在大尺寸电路板上,导致成本上升和生产效率的下降。因此我们把不同封装的电阻,标注了不同的文字。其形状都是长方形,但是标注的文字有0201、0402、0603的区别,设计者一眼就可以看出来自己有没有用错。虽然说通过小心和复查也能找的出来这样的问题,但是好的方法可以减少很多后续的时间浪费。

对于芯片来讲,各个芯片都是个方块,看起来更没什么区别了,因此更要通过文字来写明这颗芯片型号,功能等信息。

一颗元器件,产生对外的功能的唯一出口,就是引脚。因此,虽然引脚画出来就是一根线,带了个文字描述,但是引脚是原理图封装的重头戏,所有电气特性均集中体现在引脚上。引脚的主要参数:编号、名称、其他。编号相当于人的身份证号,名称相当于人的名字。根据身份证号可以找到某个固定的人,根据名字则找不到,但是大家平时找熟人的时候都是记他的名字,而不是记他的身份证号。同样的道理,你要在几百个引脚的BGA芯片中找某一个特定的引脚的时候,要去找它的身份证号。如果你只是要看图,看看名字就好了。

引脚编号,可以是纯数字编号,例如一颗电阻只有1脚和2脚。普通的16pin QFN元器件一般是1-17,通常是按照顺时针或者逆时针排列。BGA封装的一般用字母+数字来标注,例如A1、B3、N10、AB32等,意思是A排1列、B排3列等。也可以是纯字母的编号,例如MOS管的G、S、D,三极管的b、c、e等。

对于只有一两个脚、且没有方向性的元器件(没有固定的方向、正反都能焊接),如电阻、陶瓷电容、电感,没有必要在乎哪个标1哪个标2。对于超过2个脚或者有方向性的元器件,规格书会提供每个脚的编号名称。一定要按照规格书的描述来写引脚的编号!PCB封装会根据引脚编号来对应焊盘编号,一旦标错了,建出来的封装就错了!

这里仔细的读者会有疑问了,为什么16pin的元器件有17个脚呢?这是因为QFN芯片外面有一圈16个焊盘,肚子底下还有一个接地焊盘呢。对于某些连接器,有定位柱,需要在板子上开个孔,或者有三四个接地焊盘,这些并不是有明显的电气含义的引脚,但是也需要做到原理图封装上去,因为PCB封装上会有写着,而原理图封装的引脚数量和PCB要对的上。对于很多卡座或连接器来讲,实际用到的只有三四个脚,但封装上看起来可能会有十多个脚。

引脚名称,是这个引脚的名字。虽然没有电气特性,但是从名字上能够直观的看出来这个脚有什么用。例如RST=reset,INT=interrupt,EN=enable,VDD=voltage of device等等。每个功能都会有其缩写的名字,几乎不会有重复,因此只要看多了引脚名字,不需要去翻规格书,就能知道这个脚是干什么用的。芯片厂家一般都很严谨的,不会乱标名字。

其他功能,例如输入还是输出,对于大部分开发者来讲用不着,不用模拟、不用自动布线,引脚的输入输出特性可以不用太在意,毕竟只看名字也知道这根线是什么功能。每个软件都会有一些别的参数定义,例如id号等,一般和画图没什么太大关系。先牢记上面的编号和名称,就可以保证原理图准确无误了。

引脚在封装上的排列顺序:

把图案画好、名字标注好、引脚也标注好名字和编号,再把引脚排列在图案的周围,一个原理图封装就建成了。只要引脚编号不变,不管你怎么移动,怎么摆放,整个芯片的电气特性都不会变。因为原理图只是“原理”,并不是“实物”。对于芯片引脚数量少的,可以随便排列。对于数量多的,一般按照区域来划分排列。对于几百上千个引脚的芯片,则直接把形状切割成好几块,每一块是一个方块,代表某个功能,这个功能对应的引脚放在这一个方块上。因此有时候会看到一些大芯片,在原理图上有好几页,但实际上在PCB里面只是一颗芯片罢了,并不是有几颗芯片。

有时候为了好画图,把引脚之间的间距调大一些,这个没什么问题。但是最好不要把引脚的顺序做的明显和参考原理图上的不同。想想看,谁对芯片最熟悉?那肯定是谁做的芯片,谁最熟悉了。芯片原厂对芯片的熟悉度是远高于设计公司的工程师的,因此在产品做第一次设计的时候,为了减少设计风险,通常我们会把初版原理图给芯片原厂去检查一下,看看有没有设计错误。如果你把芯片的封装大改一通,原厂看起来就很不习惯了,很容易产生错看漏看的情况。可见做开发设计,首先要保证严谨性。


元器件供应商关系

硬件工程师除了电气性能方面的东西之外,还需要了解和生产采购相关的信息。元器件选型的重任在硬件工程师,如果选的物料是停产的、缺货的、价格很高的、采购周期很长的,产品做出来就没有可量产性,甚至连样机都做不出来。

硬件工程师做元器件选型的时候,首先要考虑电气性能和尺寸能否满足设计要求,然后还要看价格是否超出行业平均水平、交货周期能否满足项目需求、公司和供应商之间的合作关系是否正常等。

对于试验机来讲,价格影响不大,重点在交期。只要能买得到货,贵一点大家都可以承受。试验机一般数量少,几台几十台的,单价贵一些没关系,只要买的到,就可以用。这个理念主要针对工业级和消费级的产品设计,对于军工级产品单颗物料成本可能会远高于消费级,就要慎重选择高价值物料了。另外,这里指的试验机,只是做技术验证的机器,而不是正常项目流程中的工程样机。工程样机要尽可能的用最终会使用的物料,在技术开发的过程中更换物料,尤其是更换关键物料,会带来很大的项目风险。

最小包装,意思是去批量采购元器件的时候,最少一次需要购买多少颗。像通常的编带0402电阻,一盘10000颗,总价约20多人民币,这个是低价值的了。如果是射频滤波器,一小盘也有几千颗,价值可达好几千块。如果是多核的主控芯片,一盘一般有1000-2000颗,价值好几万十几万。大部分物料在购买的时候,很难买到散装的,一般都是要买整盘。如果试产一次需要生产200片,购买整包装物料就会多出来很多。有时候会遇到试产之后发现某一颗物料不适合,需要换掉,如果已经购买了整包装的,试产剩下的物料就可能造成浪费。很多长期生产的企业,多年下来会累积高达几十万上百万价值的多余的物料,这就是呆滞料的来源之一。买回来了,但是以后不会再用了。就造成了很大的成本浪费。

交期,就是交货的周期。项目管理的三大要素:时间、质量、成本。元器件的交期,对项目时间会产生很大的影响。试产物料有交期、量产物料也有交期,作为项目经理需要提前知道哪些物料的交期比较长,在项目初始阶段就要提前安排采购去下订单。硬件工程师选择物料的时候,也需要考虑交期问题,自己选的这颗物料,除了能用,还要能买得到,要能及时买的到。如果交期比较长,例如超出了1周,就应当及时把信息报给项目经理和采购,提前通知他们提前做好准备。

供应商关系,也是硬件工程师需要考虑的,因为找供应商确认技术问题、做技术支持、了解供货状况,这些都需要和供应商保持良好的关系。供应商又包括原厂和代理商,一般情况下原厂提供较深入的技术支持,代理商提供基础技术支持和备货交货等商务事宜。如果选择的一颗物料,代理商是个不熟悉的代理商,也找不到原厂的任何关系,就有可能出了问题找不到人来协助处理。一些完全不需要技术支持、也很难存在假货的的物料可以在淘宝上临时购买应急,但通常的物料都应该从正规供应商采购,优先应当选择熟悉的、能够有一定推动力的供应商。

原文来自“燚智能硬件开发网”“燚智能周教授开讲智能硬件开发实战派”
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