電路設計的14個誤區，你注意了嗎？

ID:101093 · 發表于 2017-5-3 09:27

電路設計的14個誤區，你注意了嗎？
誤區一：這板子的PCB 設計要求不高，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，同時產生比手動布線多好多倍的過孔，在批量很大的產品中，PCB 廠家降價所考慮的因素除了商務因素外，就是線寬和過孔數量，它們分別影響到PCB 的成品率和鉆頭的消耗數量，節約了供應商的成本，也就給降價找到了理由。
誤區二：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，但拉一個被驅動了的信號，其電流將達毫安級，現在的系統常常是地址數據各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次數。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成輸出（當然外面不能接其它有驅動的信號）。
誤區四：這款FPGA還剩這么多門用不完，可盡情發揮吧。
點評：FGPA的功耗與被使用的觸發器數量及其翻轉次數成正比，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。盡量減少高速翻轉的觸發器數量是降低FPGA功耗的根本方法。
誤區五：這些小芯片的功耗都很低，不用考慮。
點評：對于內部不太復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，這樣讀操作時數據出來得快多了。
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：除了少數特定信號外（如100BASE-T 、CML ），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。象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。
誤區八：降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關系。
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、每一個信號的翻轉差不多都由軟件控制的，如果軟件能減少外存的訪問次數（多使用寄存器變量、多使用內部CACHE 等）、及時響應中斷（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。
誤區九：CPU 用大一點的CACHE ，就應該快了。
點評：CACHE 的增大，并不一定就導致系統性能的提高，在某些情況下關閉CACHE 反而比使用CACHE 還快。原因是搬到CACHE 中的數據必須得到多次重復使用才會提高系統效率。所以在通信系統中一般只打開指令CACHE ，數據CACHE 即使打開也只局限在部分存儲空間，如堆棧部分。同時也要求程序設計要兼顧CACHE 的容量及塊大小，這涉及到關鍵代碼循環體的長度及跳轉范圍，如果一個循環剛好比CACHE 大那么一點點，又在反復循環的話，那就慘了。
誤區十：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 對存儲器接口設置的默認值都是按最保守的參數設置的，在實際應用中應結合總線工作頻率和等待周期等參數進行合理調配。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3 個周期的存取時間，即75ns即可；若總線頻率為50M 時，必須設為4 個周期，實際存取時間卻放慢到了80ns。　　　
誤區十一：這個CPU 帶有DMA 模塊，用它來搬數據肯定快。
點評：真正的DMA 是由硬件搶占總線后同時啟動兩端設備，在一個周期內這邊讀，那邊寫。但很多嵌入CPU 內的DMA 只是模擬而已，啟動每一次DMA 之前要做不少準備工作（設起始地址和長度等），在傳輸時往往是先讀到芯片內暫存，然后再寫出去，即搬一次數據需兩個時鐘周期，比軟件來搬要快一些（不需要取指令，沒有循環跳轉等額外工作），但如果一次只搬幾個字節，還要做一堆準備工作，一般還涉及函數調用，效率并不高。所以這種DMA 只對大數據塊才適用。
誤區十二：100M的數據總線應該算高頻信號，至于這個時鐘信號頻率才8K，問題不大。
點評：數據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），它的邊沿才是關鍵的，必須保證其單調性，并且跳變時間需在一定范圍內。
誤區十三：既然是數字信號，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（如微波電臺可做成手機，而長波電臺很多國家都做不出來），也就越容易干擾別的信號，而自身在導線上的傳輸質量卻變得越差，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 上的拓撲結構也有很大關系，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生變化，而且這些因素將使反射波形變得異常復雜，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。

ID:200117 · 發表于 2017-5-12 22:06

受教了，謝謝！

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