14个电路设计常见误区整理

时间：2019-04-03

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。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(当然过冲不要超过芯片所能承受的电压值)，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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