14個電路設(shè)計常見誤區(qū)整理 | 精華
[導(dǎo)讀]電路設(shè)計并不是想當然，你腦子一拍就可以設(shè)計出來，有沒有經(jīng)驗設(shè)計出來的東西是相差千里。今天我們來看看電子工程師會出現(xiàn)的下面的幾個誤區(qū)，你是不是也這樣想的。誤區(qū)一：這板子的PCB設(shè)計要求不高，就用細一點的線，自動布吧。點評：自動布線必然要占用更大的PCB面積，同時產(chǎn)生比手動布線多好多...
電路設(shè)計并不是想當然，你腦子一拍就可以設(shè)計出來，有沒有經(jīng)驗設(shè)計出來的東西是相差千里。今天我們來看看電子工程師會出現(xiàn)的下面的幾個誤區(qū)，你是不是也這樣想的。誤區(qū)一：這板子的PCB 設(shè)計要求不高，就用細一點的線，自動布吧。點評：自動布線必然要占用更大的PCB 面積，同時產(chǎn)生比手動布線多好多倍的過孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB 廠家降價所考慮的因素除了商務(wù)因素外，就是線寬和過孔數(shù)量，它們分別影響到PCB 的成品率和鉆頭的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應(yīng)商的成本，也就給降價找到了理由。誤區(qū)二：這些總線信號都用電阻拉一下，感覺放心些。點評：信號需要上下拉的原因很多，但也不是個個都要拉。上下拉電阻拉一個單純的輸入信號，電流也就幾十微安以下，但拉一個被驅(qū)動了的信號，其電流將達毫安級，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245 隔離后的總線及其它信號，都上拉的話，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了。誤區(qū)三：CPU 和FPGA的這些不用的I/O 口怎么處理呢?先讓它空著吧，以后再說。點評：不用的I/O 口如果懸空的話，受外界的一點點干擾就可能成為反復(fù)振蕩的輸入信號了，而MOS 器件的功耗基本取決于門電路的翻轉(zhuǎn)次數(shù)。如果把它上拉的話，每個引腳也會有微安級的電流，所以最好的辦法是設(shè)成輸出(當然外面不能接其它有驅(qū)動的信號)。誤區(qū)四：這款FPGA還剩這么多門用不完，可盡情發(fā)揮吧。點評：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉(zhuǎn)次數(shù)成正比，所以同一型號的FPGA在不同電路不同時刻的功耗可能相差100 倍。盡量減少高速翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法。誤區(qū)五：這些小芯片的功耗都很低，不用考慮。點評：對于內(nèi)部不太復(fù)雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定，一個ABT16244，沒有負載的話耗電大概不到1毫安，但它的指標是每個腳可驅(qū)動60毫安的負載(如匹配幾十歐姆的電阻)，即滿負荷的功耗最大可達60*16=960mA ，當然只是電源電流這么大，熱量都落到負載身上了。誤區(qū)六：存儲器有這么多控制信號，我這塊板子只需要用OE和WE信號就可以了，片選就接地吧，這樣讀操作時數(shù)據(jù)出來得快多了。點評：大部分存儲器的功耗在片選有效時(不論OE和WE如何)將比片選無效時大100 倍以上，所以應(yīng)盡可能使用CS來控制芯片，并且在滿足其它要求的情況下盡可能縮短片選脈沖的寬度。誤區(qū)七：這些信號怎么都有過沖啊?只要匹配得好，就可消除了。點評：除了少數(shù)特定信號外，都是有過沖的，只要不是很大，并不一定都需要匹配，即使匹配也并非要匹配得最好。像TTL的輸出阻抗不到50歐姆，有的甚至20歐姆，如果也用這么大的匹配電阻的話，那電流就非常大了，功耗是無法接受的。另外信號幅度也將小得不能用，再說一般信號在輸出高電平和輸出低電平時的輸出阻抗并不相同，也沒辦法做到完全匹配。所以對TTL、LVDS、422等信號的匹配只要做到過沖可以接受即可。誤區(qū)八：降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關(guān)系。點評：硬件只是搭個舞臺，唱戲的卻是軟件，總線上幾乎每一個芯片的訪問、每一個信號的翻轉(zhuǎn)差不多都由軟件控制的。如果軟件能減少外存的訪問次數(shù)(多使用寄存器變量、多使用內(nèi)部CACHE等等)、及時響應(yīng)中斷(中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻)及其它爭對具體單板的特定措施都將對降低功耗作出很大的貢獻。誤區(qū)九：CPU用大一點的CACHE ，就應(yīng)該快了。點評：CACHE 的增大，并不一定就導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關(guān)閉CACHE 反而比使用CACHE 還快。原因是搬到CACHE 中的數(shù)據(jù)必須得到多次重復(fù)使用才會提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開指令CACHE ，數(shù)據(jù)CACHE 即使打開也只局限在部分存儲空間，如堆棧部分。同時也要求程序設(shè)計要兼顧CACHE 的容量及塊大小，這涉及到關(guān)鍵代碼循環(huán)體的長度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個循環(huán)剛好比CACHE 大那么一點點，又在反復(fù)循環(huán)的話，那就慘了。誤區(qū)十：存儲器接口的時序都是廠家默認的配置，不用修改的。點評：BSP 對存儲器接口設(shè)置的默認值都是按最保守的參數(shù)設(shè)置的，在實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合總線工作頻率和等待周期等參數(shù)進行合理調(diào)配。有時把頻率降低反而可提高效率，如RAM 的存取周期是70ns，總線頻率為40M 時，設(shè)3 個周期的存取時間，即75ns即可;若總線頻率為50M 時，必須設(shè)為4 個周期，實際存取時間卻放慢到了80ns。誤區(qū)十一：這個CPU 帶有DMA 模塊，用它來搬數(shù)據(jù)肯定快。點評：真正的DMA 是由硬件搶占總線后同時啟動兩端設(shè)備，在一個周期內(nèi)這邊讀，那邊寫。但很多嵌入CPU 內(nèi)的DMA 只是模擬而已，啟動每一次DMA 之前要做不少準備工作(設(shè)起始地址和長度等)。在傳輸時往往是先讀到芯片內(nèi)暫存，然后再寫出去，即搬一次數(shù)據(jù)需兩個時鐘周期，比軟件來搬要快一些(不需要取指令，沒有循環(huán)跳轉(zhuǎn)等額外工作)，但如果一次只搬幾個字節(jié)，還要做一堆準備工作，一般還涉及函數(shù)調(diào)用，效率并不高。所以這種DMA 只對大數(shù)據(jù)塊才適用。誤區(qū)十二：100M的數(shù)據(jù)總線應(yīng)該算高頻信號，至于這個時鐘信號頻率才8K，問題不大。點評：數(shù)據(jù)總線的值一般是由控制信號或時鐘信號的某個邊沿來采樣的，只要針對這個邊沿保持足夠的建立時間和保持時間即可，此范圍之外有干擾也罷過沖也罷都不會有多大影響(當然過沖最好不要超過芯片所能承受的最大電壓值)。但時鐘信號不管頻率多低(其實頻譜范圍是很寬的)，它的邊沿才是關(guān)鍵的，必須保證其單調(diào)性，并且跳變時間需在一定范圍內(nèi)。誤區(qū)十三：既然是數(shù)字信號，邊沿當然是越陡越好。點評：邊沿越陡其頻譜范圍就越寬，高頻部分的能量就越大；頻率越高的信號就越容易輻射，也就越容易干擾別的信號，而自身在導(dǎo)線上的傳輸質(zhì)量卻變得越差，因此能用低速芯片的盡量使用低速芯片。誤區(qū)十四：信號匹配真麻煩，如何才能匹配好呢?點評：總的原則是當信號在導(dǎo)線上的傳輸時間超過其跳變時間時，信號的反射問題才顯得重要。信號產(chǎn)生反射的原因是線路阻抗的不均勻造成的，匹配的目的就是為了使驅(qū)動端、負載端及傳輸線的阻抗變得接近。但能否匹配得好，與信號線在PCB 上的拓撲結(jié)構(gòu)也有很大關(guān)系，傳輸線上的一條分支、一個過孔、一個拐角、一個接插件、不同位置與地線距離的改變等都將使阻抗產(chǎn)生變化。而且這些因素將使反射波形變得異常復(fù)雜，很難匹配，因此高速信號僅使用點到點的方式，盡可能地減少過孔、拐角等問題。
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