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专业知识
巧评电子(zǐ)工程师常犯(fàn)的20个错误
电子工程师指从事各类电子设(shè)备和信息系统研究、教(jiāo)学、产品设计、科技开发、生(shēng)产和(hé)管理等(děng)工作的(de)高级工程(chéng)技术人才(cái)。 一般分为硬件工程师和(hé)软件工(gōng)程师。
硬件工程师(shī):主(zhǔ)要负责电路分(fèn)析(xī)、设计并以(yǐ)电脑软件为工具(jù)进行PCB设计,待(dài)工(gōng)厂PCB制(zhì)作完毕(bì)并(bìng)且焊接(jiē)好电(diàn)子元件之后进行(háng) 测试(shì)、调试;
软件工程师(shī):主要负责(zé)单(dān)片机、DSP、ARM、FPGA等嵌入式程序的(de)编写(xiě)及调试。FPGA程序有时属(shǔ)硬件工(gōng)程师工作范畴。
错误(wù)一:这些拉高/拉低(dī)的(de)电阻用多大的阻值关系不大,就选个整数(shù)5K吧点评:市场(chǎng)上不存在5K的阻值,最(zuì)接(jiē)近的是4.99K(精度(dù)1%),其次是5.1K(精度(dù)5%),其成本分别比(bǐ)精(jīng)度为20%的4.7K高4 倍和2倍。
20%精(jīng)度的电阻阻值只(zhī)有1、1.5、2.2、 3.3、4.7、6.8几个类(lèi)别(含10的(de)整数倍);
类似(sì)地(dì),20%精度的电容也只(zhī)有以上几种值,如果选了其(qí)它的(de)值就(jiù)必须使用更高(gāo)的精度(dù),成本就翻了(le)几倍,却不能(néng)带来任何(hé)好 处。
错误二:这部分电路只要要求软件这样设计就不会有问题
点评:硬(yìng)件(jiàn)上很多(duō)电气特性直接受软件控制,但软件是经(jīng)常发生意外的,程序跑飞了之后无法预(yù)料会有(yǒu)什么操(cāo)作。
设计(jì)者应确保不论软件做什么样的(de)操作硬件都不应(yīng)在短时间(jiān)内(nèi)发生永久性损(sǔn)坏(huài)。
错误三:这点逻辑用74XX的(de)门电路搭也行,但太土,还是用CPLD吧,显得高档多了
点评:74XX的门电路只(zhī)几毛钱(qián),而CPLD至少也(yě)得(dé)几十(shí)块,成本提高了N倍不说,还(hái)给生产、文档等工作增添数(shù)倍的工作。
错误四:这板(bǎn)子的PCB设(shè)计要求不高,就用(yòng)细一点的线,自动布吧
点评:自动布线必(bì)然要占用(yòng)更大的PCB面(miàn)积,同时产生比手动布线多(duō)好多倍的过(guò)孔,在批量(liàng)很大的产品中,PCB厂家降价所考(kǎo) 虑的因素除(chú)了商务因素外,就是线宽和过孔数量,它们分别(bié)影响到PCB的成品(pǐn)率和(hé)钻头的消耗数量,节约(yuē)了供应商的(de)成(chéng)本,也 就给降价找(zhǎo)到了理由。
错误五:我们(men)这系统(tǒng)是(shì)220V供电(diàn),就不用在乎功(gōng)耗(hào)问题了
点评:低功耗设计并不(bú)仅仅是(shì)为了省(shěng)电,更(gèng)多的好处在于降低了电源模块及(jí)散热(rè)系统的成本(běn)、由于电流的减(jiǎn)小也减少了电磁辐 射和热噪(zào)声的(de)干扰。
随(suí)着设备温度的降低,器件寿命则相应延长(半导(dǎo)体器(qì)件的工作温度每提高10度,寿命则缩短一半)。
错误六(liù):这(zhè)些(xiē)总线信号都用电阻拉(lā)一下(xià),感觉放(fàng)心些(xiē)
点评:信号需(xū)要上下拉的原因很多(duō),但也不(bú)是个个都要拉。
上下拉电阻拉一个单纯的输入信(xìn)号,电流也就几十微安以下,但拉(lā)一个被驱动了(le)的信号,其电(diàn)流将达毫(háo)安级(jí),现在的系(xì)统(tǒng)常(cháng)常 是地址数据(jù)各32位,可能还有244/245隔离后的总(zǒng)线及其它(tā)信号,都上拉(lā)的(de)话,几(jǐ)瓦(wǎ)的功(gōng)耗(hào)就耗在(zài)这些电阻上了(不要用8毛(máo)钱 一(yī)度电的观念(niàn)来对待这几瓦的功耗)。
错误七:CPU和FPGA的(de)这些不用的(de)I/O口(kǒu)怎么处理呢?先让(ràng)它空着吧,以(yǐ)后再说
点评:不用的I/O口如果悬空的话,受外(wài)界(jiè)的一点点干扰就可能成(chéng)为反复振荡的输入信号了,而MOS器件(jiàn)的(de)功耗基本取决(jué)于门 电路的翻(fān)转次(cì)数(shù)。
如果把它上拉的话,每个引(yǐn)脚也会有微安级的(de)电流,所以最好的办法是设成输出(当(dāng)然(rán)外面(miàn)不(bú)能(néng)接其它(tā)有(yǒu)驱动的信号)。
错误八:这款FPGA还剩这么多门用不完,可尽情发挥吧
点评:FGPA的功耗(hào)与被使用的触发(fā)器(qì)数量(liàng)及其翻转(zhuǎn)次数(shù)成正比(bǐ),所(suǒ)以同(tóng)一型号的FPGA在(zài)不同电路不同时(shí)刻的功耗(hào)可能相差 100倍。
尽(jìn)量减少高(gāo)速翻转的(de)触(chù)发器数量是降(jiàng)低FPGA功耗的根本(běn)方法(fǎ)。
错误九:这些(xiē)小芯片的功耗都很低,不用考(kǎo)虑
点评:对(duì)于内部不太(tài)复(fù)杂的芯片功耗是很难确定的,它主要由引(yǐn)脚上的电(diàn)流确(què)定,一个ABT16244,没有负载的话耗(hào)电大概不(bú) 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(zuì)大可达60*16=960mA,当 然只是电源电流(liú)这么大,热量都落到负载身上了。
错误十:存储器有这么多控制信号(hào),我(wǒ)这块(kuài)板子只需(xū)要用(yòng)OE和WE信号就可以了,片(piàn)选就(jiù)接地吧,这样读操作时数据出来(lái)得快 多了(le)
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(yǐ)应尽(jìn)可能使用CS来控制芯 片,并且(qiě)在满足其(qí)它(tā)要(yào)求(qiú)的情况下尽可能缩短片选(xuǎn)脉冲的(de)宽(kuān)度。
错误十一:这些信(xìn)号怎么都有过冲啊?只要匹配得好,就可(kě)消(xiāo)除了(le)
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(pǐ)配也并非 要匹配(pèi)得(dé)最好。
像TTL的输出阻抗不(bú)到(dào)50欧姆,有的甚至20欧姆,如果也用这么大(dà)的匹配电阻的话,那(nà)电流就非常大了,功耗是无法接受的。
另外信号幅度也将小(xiǎo)得不(bú)能用,再说(shuō)一般信号在输出高电(diàn)平和输出低电(diàn)平时的输出阻抗并不(bú)相(xiàng)同,也办法做到完全(quán)匹配。
所以,TTL、LVDS、422等信号(hào)的匹配只要做到过冲可(kě)以接(jiē)受即(jí)可。
错误十二:降低功耗(hào)都(dōu)是硬件人员的(de)事,与(yǔ)软件(jiàn)没关系
点(diǎn)评(píng):硬件(jiàn)只(zhī)是搭(dā)个舞台,唱戏的却是软(ruǎn)件(jiàn),总线上几乎每一(yī)个芯片的访问、每一个信号的翻转差(chà)不多都(dōu)由软件控制的,如果 软件能(néng)减(jiǎn)少外存的访问次数(多(duō)使用寄存器变量、多使用内部CACHE等)、及时响应中(zhōng)断(中断往往是低电平有效(xiào)并带有上(shàng) 拉(lā)电阻)及其它争(zhēng)对具体(tǐ)单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的(de)贡(gòng)献。
错(cuò)误(wù)十三:这主频100M的CPU只能处理70%,换200M主频的就没事了
点评:系统(tǒng)的处理能力牵涉(shè)到多种多样的因素,在通信业务中其瓶颈一般都在(zài)存储器上,CPU再快(kuài),外部访(fǎng)问快不(bú)起来也是徒 劳。
错误十四:CPU用大一点的CACHE,就应该快了
点评:CACHE的增大,并(bìng)不(bú)一(yī)定就(jiù)导致系统性能的提高,在某(mǒu)些情况(kuàng)下关(guān)闭(bì)CACHE反而比(bǐ)使用CACHE还快。
原因是(shì)搬到(dào)CACHE中的数据必须(xū)得到(dào)多次重复使用才会提高(gāo)系(xì)统效(xiào)率。
所以在通信(xìn)系统(tǒng)中一般(bān)只打开指(zhǐ)令CACHE,数据CACHE即使(shǐ)打(dǎ)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(róng)量及块大小,这涉及到关键代码循环体(tǐ)的长度及跳转范围,如果一个循(xún)环(huán)刚好比
CACHE大那么一(yī)点点,又在反复循环的话,那就(jiù)惨了。
错误十五:一(yī)个CPU处理不过来,就用两个分布处理,处理(lǐ)能力(lì)可提(tí)高一倍
点评(píng):对(duì)于(yú)搬砖头来说,两(liǎng)个人应该比一个人的(de)效(xiào)率(lǜ)高一倍;对于作画来说,多一个人只能帮倒忙。
使用几个CPU需对业务有较(jiào)多的了(le)解后(hòu)才能确定,尽量减少两个CPU间协调的代价,使1+1尽可(kě)能接近2,千(qiān)万别小于1。
错误十六:这个CPU带有DMA模块,用它来搬数据(jù)肯(kěn)定(dìng)快(kuài)
点(diǎn)评:真正的DMA是(shì)由硬件抢(qiǎng)占总线后(hòu)同时启动两端设备(bèi),但很(hěn)多嵌(qiàn)入CPU内的DMA只(zhī)是模拟而已,启(qǐ)动每一次DMA之前要 做不少准备工(gōng)作(设(shè)起始地址和长度等(děng))。
在传输时往往是先读到芯片内暂存,然后(hòu)再写出去,即搬一次(cì)数据需两(liǎng)个(gè)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(zhuǎn)等额外(wài)工作)。
但如果一次只搬几个字节(jiē),还要(yào)做一堆(duī)准备工作,一般还(hái)涉及函(hán)数调用,效率并(bìng)不高。所以这种DMA只对大数据块才(cái)适用。
错(cuò)误十七:为保(bǎo)证干净(jìng)的电源(yuán),去偶(ǒu)电容(róng)是(shì)多多(duō)益善
点评(píng):总的来(lái)说(shuō)去偶电容越多电源当然会更平(píng)稳,但太(tài)多(duō)了也有不利(lì)因素:浪费成本、布线困难、上(shàng)电冲(chōng)击电流(liú)太大(dà)等(děng)。
去偶电容的设计关键是要选(xuǎn)对容量并且(qiě)放对地方,一般的芯片手册都(dōu)有争对去偶电容的(de)设(shè)计参考,最好按手册去做。
错误十(shí)八:用户(hù)操作错误发生问题就不能(néng)怪我了
点评:要求用户严格按手册操作是没错的,但用户是(shì)人,就有犯错的(de)时候,不能说碰错一(yī)个键(jiàn)就死(sǐ)机,插(chā)错(cuò)一(yī)个插头就烧板子。所以对用户可能犯(fàn)的各种错误必须加以保护!
错误十九:这板子坏(huài)的原因是对端的板(bǎn)子出问(wèn)题(tí)了,也(yě)不是我(wǒ)的责任
点评:对于各种(zhǒng)对外的硬件接口应(yīng)有足够(gòu)的兼容性,不能(néng)因为对(duì)方信号不正常,你就歇着了(le)。
它(tā)不正常只应(yīng)影响到与其(qí)有关的那部分(fèn)功能(néng),而(ér)其它功能(néng)应能正常工作(zuò),不应(yīng)彻底(dǐ)罢工,甚至永久损(sǔn)坏,而(ér)且一旦接(jiē)口恢复(fù), 你也应(yīng)立即恢复正常。。
错误二十:我们的系统要求(qiú)这么高(gāo),包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要(yào)选最(zuì)快(kuài)的
点(diǎn)评:在一个高速系统中并不是每一(yī)部分都工作在高速状态,而器件速度每提高一个等级(jí),价格差不多(duō)要翻倍(bèi),另(lìng)外还给信号 完整性问题带来极(jí)大的负面影(yǐng)响(xiǎng)。
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