硬件工程师如何做元器件变更的决策

高速电路设计进阶案例分享

【案例1.18】硬件工程师如何做元器件变更的决策

某产品在从研发转规模生产阶段，采购部门给硬件工程师推荐了新的MOSFET(称为A),该物料比该产品研发阶段使用的MOSFET(称为B)价格更低，且供货渠道更友好。作为产品责任人的硬件工程师，应如何权衡该要求?

【讨论】

寻找在价格、供货上更有优势的元器件，是采购部门在采购这个专业领域的职责所在。在本案例中，如何在各个方面权衡该元器件变更推荐，做出是否采纳的决策，则是硬件工程师的职责。

在权衡过程中，以下从几个方面来简要分析硬件工程师应考虑的方面。

①从成本方面考虑。既然该替换要求是采购部门基于成本原因而提出的，那么首先要判断该元器件替换带来的成本优势。成本方面的考虑，不是简单地比较元器件的价格高低，而是要全方位考虑对产品综合成本的影响。在本案例中，从成本出发，更换MOSFET除看到A本身成本有优势外，还要考虑A和B的导通电阻的差异是否会导致导通功耗的不同，A和B的栅极电荷的差异是否会导致开关损耗的不同。若A功耗明显高于B,是否会导致原设计的散热能力不够，而因此需要增加散热片呢？如果是这样，则散热片就是额外加入的成本。这种分析只能依靠硬件工程师来进行，采购部门时此无能为力。

②从功能方面考虑。元器件的替换，应以不更改基本功能特征为前提，本案例中，对此无能为力本案例中，MOSFET的替换要求有哪些参数涉及基本功能特性呢？从硬件上看，这些参数包括MOSFET的通流能力、导通电阻、栅极电荷、极间寄生电容、栅极和源极压差限值、安全工作区间等几个基本参数。在元器件替换时，硬件工程师应仔细核对元器件手册上参数的差异，判断这些差异是否会导致功能特性的变化，并适当作一些替换实验进行验证。例如在某些应用中，对MOSFET的边沿速度有较高的要求，则极间电容较大的MOSFET,就不一定适用。

③从性能、可靠性方面考虑。元器件的替换，是否会导致产品长期工作的能力变差，尤其当元器件替换发生在研发后期或已经进入规模生产的阶段。在这个阶段，往往最耗费时间的各项性能测试、可靠性测试已经完成，则在元器件替换时，尤其需要重视这一点。在本案例中，MOSFET就属于和性能、可靠性紧密相关的元器件，需要通过计算或可靠性方面的测试来分析、验证。

④从生产方面考虑。元器件的替换，是否会导致电路板加工工艺的复杂度提高，是否需要改变电路加工的工序，如果有这方面需求，则决策过程中应考虑生产部门的建议。在本案例中，若A和B的封装有较大差异，如A的厚度明显更厚，可能顶到上方的散热板，则是否能实现该替换，硬件工程师应听取生产部门的建议。

【扩展】

有的元器件、芯片的替换，情况比本案例中的MOSFET复杂得多，对硬件工程师的决策能力有很高的要求。

例如在存储器电路中，采用16片4Gb容量的DDR4 SDRAM,还是采用8片8Gb容量的DDR4呢?前者芯片总成本更低，后者硬件设计更简单，需要的PCB层数可能更少。

例如在高速电路中，为了使高速差分对传输更长的距离，采用Redriver芯片还是Retimer芯片呢?前者芯片成本更低，供货渠道更多，后者信号均衡能力更强，能满足长距离信号传输的要求。

例如在电源电路中，为了支持大功率CPU,是选择大功率电源模块，还是选择多相源控制芯片搭建电源电路呢?前者电源电路设计简单，后者虽设计难度较高，但成本可控制得更低，且设计中有较大效率优化的自由度。

所以，一个优秀的硬件工程师，不仅仅需要把电路设计做好，还应具有很高的通虑、方案决策方面的能力。

以上内容来自行业内高级电路设计专家“ 王老师 ”最新著作“ 高速电路设计进阶 ”书中其一案例分享！