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14个电路设计常见误区整理

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浏览:- 发布日期:2019-07-03 14:31:37【

14个电路设计常见误区整理

电路设计并不是想当然,你脑子一拍就可以设计出来,有没有经验设计出来的东西是相差千里。今天我们来看看电子工程师会出现的下面的几个误区,你是不是也这样想的。

误区一:这板子的PCB 设计要求不高,就用细一点的线,自动布吧。

点评:自动布线必然要占用更大的PCB 面积,同时产生比手动布线多好多倍的过孔,在批量很大的产品中,PCB 厂家降价所考虑的因素除了商务因素外,就是线宽和过孔数量,它们分别影响到PCB 的成品率和钻头的消耗数量,节约了供应商的成本,也就给降价找到了理由。

误区二:这些总线信号都用电阻拉一下,感觉放心些。

点评:信号需要上下拉的原因很多,但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号,电流也就几十微安以下,但拉一个被驱动了的信号,其电流将达毫安级,现在的系统常常是地址数据各32位,可能还有244/245 隔离后的总线及其它信号,都上拉的话,几瓦的功耗就耗在这些电阻上了。

误区三:CPU 和FPGA的这些不用的I/O 口怎么处理呢?先让它空着吧,以后再说。

点评:不用的I/O 口如果悬空的话,受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号了,而MOS 器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话,每个引脚也会有微安级的电流,所以最好的办法是设成输出(当然外面不能接其它有驱动的信号)。

误区四:这款FPGA还剩这么多门用不完,可尽情发挥吧。

点评:FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比,所以同一型号的FPGA在不同电路不同时刻的功耗可能相差100 倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根本方法。

误区五:这些小芯片的功耗都很低,不用考虑。

点评:对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的,它主要由引脚上的电流确定,一个ABT16244,没有负载的话耗电大概不到1 毫安,但它的指标是每个脚可驱动60毫安的负载(如匹配几十欧姆的电阻),即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA ,当然只是电源电流这么大,热量都落到负载身上了。

误区六:存储器有这么多控制信号,我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了,片选就接地吧,这样读操作时数据出来得快多了。

点评:大部分存储器的功耗在片选有效时(不论OE和WE如何)将比片选无效时大100 倍以上,所以应尽可能使用CS来控制芯片,并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的宽度。

误区七:这些信号怎么都有过冲啊?只要匹配得好,就可消除了。

点评:除了少数特定信号外(如100BASE-T 、CML ),都是有过冲的,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 的输出阻抗不到50欧姆,有的甚至20欧姆,如果也用这么大的匹配电阻的话,那电流就非常大了,功耗是无法接受的,另外信号幅度也将小得不能用,再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同,也没办法做到完全匹配。所以对TTL 、LVDS、422 等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。

误区八:降低功耗都是硬件人员的事,与软件没关系。

点评:硬件只是搭个舞台,唱戏的却是软件,总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的翻转差不多都由软件控制的,如果软件能减少外存的访问次数(多使用寄存器变量、多使用内部CACHE 等)、及时响应中断(中断往往是低电平有效并带有上拉电阻)及其它争对具体单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的贡献。

误区九:CPU 用大一点的CACHE ,就应该快了。

点评:CACHE 的增大,并不一定就导致系统性能的提高,在某些情况下关闭CACHE 反而比使用CACHE 还快。原因是搬到CACHE 中的数据必须得到多次重复使用才会提高系统效率。所以在通信系统中一般只打开指令CACHE ,数据CACHE 即使打开也只局限在部分存储空间,如堆栈部分。同时也要求程序设计要兼顾CACHE 的容量及块大小,这涉及到关键代码循环体的长度及跳转范围,如果一个循环刚好比CACHE 大那么一点点,又在反复循环的话,那就惨了。

误区十:存储器接口的时序都是厂家默认的配置,不用修改的。

点评:BSP 对存储器接口设置的默认值都是按最保守的参数设置的,在实际应用中应结合总线工作频率和等待周期等参数进行合理调配。有时把频率降低反而可提高效率,如RAM 的存取周期是70ns,总线频率为40M 时,设3 个周期的存取时间,即75ns即可;若总线频率为50M 时,必须设为4 个周期,实际存取时间却放慢到了80ns。

误区十一:这个CPU 带有DMA 模块,用它来搬数据肯定快。

点评:真正的DMA 是由硬件抢占总线后同时启动两端设备,在一个周期内这边读,那边写。但很多嵌入CPU 内的DMA 只是模拟而已,启动每一次DMA 之前要做不少准备工作(设起始地址和长度等),在传输时往往是先读到芯片内暂存,然后再写出去,即搬一次数据需两个时钟周期,比软件来搬要快一些(不需要取指令,没有循环跳转等额外工作),但如果一次只搬几个字节,还要做一堆准备工作,一般还涉及函数调用,效率并不高。所以这种DMA 只对大数据块才适用。

误区十二:100M的数据总线应该算高频信号,至于这个时钟信号频率才8K,问题不大。

点评:数据总线的值一般是由控制信号或时钟信号的某个边沿来采样的,只要针对这个边沿保持足够的建立时间和保持时间即可,此范围之外有干扰也罢过冲也罢都不会有多大影响(当然过冲最好不要超过芯片所能承受的最大电压值),但时钟信号不管频率多低(其实频谱范围是很宽的),它的边沿才是关键的,必须保证其单调性,并且跳变时间需在一定范围内。

误区十三:既然是数字信号,边沿当然是越陡越好。

点评:边沿越陡,其频谱范围就越宽,高频部分的能量就越大;频率越高的信号就越容易辐射(如微波电台可做成手机,而长波电台很多国家都做不出来),也就越容易干扰别的信号,而自身在导线上的传输质量却变得越差,因此能用低速芯片的尽量使用低速芯片。

误区十四:信号匹配真麻烦,如何才能匹配好呢?

点评:总的原则是当信号在导线上的传输时间超过其跳变时间时,信号的反射问题才显得重要。信号产生反射的原因是线路阻抗的不均匀造成的,匹配的目的就是为了使驱动端、负载端及传输线的阻抗变得接近。但能否匹配得好,与信号线在PCB 上的拓扑结构也有很大关系,传输线上的一条分支、一个过孔、一个拐角、一个接插件、不同位置与地线距离的改变等都将使阻抗产生变化,而且这些因素将使反射波形变得异常复杂,很难匹配,因此高速信号仅使用点到点的方式,尽可能地减少过孔、拐角等问题。

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