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硬體高手分享的電路設計經驗

admin @ 2014-03-17 , reply:0

概述

一:成本節約 現象一:這些拉高/拉低的電阻用多大的阻值關係不大,就選個整數5K吧 點評:市場上不存在5K的阻值,最接近的是4.99K(精度1%),其次是5.1K(精度5%),其成本……

一:成本節約

 

現象一:這些拉高/拉低的電阻用多大的阻值關係不大,就選個整數5K吧
 
點評:市場上不存在5K的阻值,最接近的是 4.99K(精度1%),其次是5.1K(精度5%),其成本分別比精度為20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的電阻阻值只有1、1.5、2.2、 3.3、4.7、6.8幾個類別(含10的整數倍);類似地,20%精度的電容也只有以上幾種值,如果選了其它的值就必須使用更高的精度,成本就翻了幾 倍,卻不能帶來任何好處。


現象二:面板上的指示燈選什麼顏色呢?我覺得藍色比較特別,就選它吧
 
點評:其它紅綠黃橙等顏色的不管大小(5MM以下)封裝如何,都已成熟了幾十年,價格一般都在5毛錢以下,而藍色卻是近三四年才發明的東西,技術成熟度和供貨穩定度都較差,價格卻要貴四五倍。目前藍色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場合,如顯示視頻信號等。
 
現象三:這點邏輯用74XX的門電路搭也行,但太土,還是用CPLD吧,顯得高檔多了
 
點評:74XX的門電路只幾毛錢,而CPLD至少也得幾十塊,(GAL/PAL雖然只幾塊錢,但公司不推薦使用)。成本提高了N倍不說,還給生產、文檔等工作增添數倍的工作。
 
現象四:我們的系統要求這麼高,包括MEM、CPU、FPGA等所有的晶元都要選最快的
 
點評:在一個高速系統中並不是每一部分都工作在高速狀態,而器件速度每提高一個等級,價格差不多要翻倍,另外還給信號完整性問題帶來極大的負面影響。
 
現象五:這板子的PCB設計要求不高,就用細一點的線,自動布吧
 
點評:自動布線必然要佔用更大的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的成品率和鑽頭的消耗數量,節約了供應商的成本,也就給降價找到了理由。
 
現象六:程序只要穩定就可以了,代碼長一點,效率低一點不是關鍵
 
點評:CPU的速度和存儲器的空間都是用錢買來的,如果寫代碼時多花幾天時間提高一下程序效率,那麼從降低CPU主頻和減少存儲器容量所節約的成本絕對是划算的。CPLD/FPGA設計也類似。
 
二:低功耗設計
 
現象一:我們這系統是220V供電,就不用在乎功耗問題了
 
點評:低功耗設計並不僅僅是為了省電,更多的好處在於降低了電源模塊及散熱系統的成本、由於電流的減小也減少了電磁輻射和熱雜訊的干擾。隨著設備溫度的降低,器件壽命則相應延長(半導體器件的工作溫度每提高10度,壽命則縮短一半)
 
現象二:這些匯流排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隔離后的匯流排及其它信號,都上拉的話,幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了(不要用8毛錢一度電 的觀念來對待這幾瓦的功耗)。
 
現象三:CPU和FPGA的這些不用的I/O口怎麼處理呢?先讓它空著吧,以後再說
 
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覆振蕩的輸入信號了,而MOS器件的功耗基本取決於門電路的翻轉次數。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)


現象四:這款FPGA還剩這麼多門用不完,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。
 
現象五:這些小晶元的功耗都很低,不用考慮


點評:對於內部不太複雜的晶元功耗是很難確定的,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麼大,熱量都落到負載身上了。
 
現象六:存儲器有這麼多控制信號,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,所以應儘可能使用CS來控制晶元,並且在滿足其它要求的情況下儘可能縮短片選脈衝的寬度。
 
現象七:這些信號怎麼都有過沖啊?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,並不一定都需要匹配,即使匹配也並非要匹配得最好。象TTL的輸 出阻貳不到50歐姆,有的甚至20歐姆,如果也用這麼大的匹配電阻的話,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貳並不相同,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。
 
現象八:降低功耗都是硬體人員的事,與軟體沒關係
 
點評:硬體只是搭個舞台,唱戲的卻是軟體,匯流排上幾乎每一個晶元的訪問、每一個信號的翻轉差不多都由軟體控制的,如果軟體能減少外存的訪問次數(多使用寄存 器變數、多使用內部CACHE等)、及時響應中斷(中斷往往是低電平有效並帶有上拉電阻)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獻。

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