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专业知识(shí)
巧评(píng)电(diàn)子(zǐ)工(gōng)程(chéng)师(shī)常(cháng)犯的20个错误
电(diàn)子(zǐ)工程师(shī)指从事各类电子设(shè)备(bèi)和信息系统研究、教学、产品设计、科(kē)技开发、生产和(hé)管理等工作的高(gāo)级工程技术人才。 一般分为硬(yìng)件工程师和(hé)软(ruǎn)件工程师。
硬件工(gōng)程师:主要负责电路分析、设计并以电(diàn)脑软(ruǎn)件为(wéi)工(gōng)具进行PCB设计,待工厂PCB制作完毕并且(qiě)焊接好电子元件之后进行 测(cè)试(shì)、调试;
软件(jiàn)工程师:主要负责单片(piàn)机、DSP、ARM、FPGA等嵌入式程序的编写及调(diào)试。FPGA程(chéng)序有时属(shǔ)硬件(jiàn)工程师工作范畴。
错误一:这(zhè)些拉(lā)高/拉低的电阻用(yòng)多大的阻值关系不大(dà),就选个整数(shù)5K吧点评:市场上(shàng)不存在5K的阻值,最接近(jìn)的是(shì)4.99K(精度(dù)1%),其(qí)次是5.1K(精(jīng)度5%),其成本分(fèn)别比精度(dù)为20%的4.7K高(gāo)4 倍和2倍。
20%精度的电阻阻值只有1、1.5、2.2、 3.3、4.7、6.8几个类别(含10的整数倍);
类似(sì)地,20%精度的电容也只有以上几种值,如果(guǒ)选了其它的值就必须使用更高的精度(dù),成(chéng)本就(jiù)翻了(le)几倍(bèi),却不能带(dài)来(lái)任何好 处。
错误(wù)二:这部分电路只要要求软件(jiàn)这样设计(jì)就不会有(yǒu)问题
点评:硬件上很(hěn)多电气特性直(zhí)接(jiē)受软件控(kòng)制(zhì),但软件是经常(cháng)发(fā)生意外的,程(chéng)序跑飞了(le)之后无法预料会有什么操作。
设计者(zhě)应确保不论(lùn)软件做什么(me)样的操作(zuò)硬件(jiàn)都不(bú)应在短时间内发(fā)生永久性损坏。
错误三:这(zhè)点(diǎn)逻辑用74XX的门电路搭(dā)也行,但太土,还是用CPLD吧,显得高档多(duō)了
点评:74XX的门电路只几毛(máo)钱,而CPLD至少(shǎo)也得几十块,成本(běn)提(tí)高了N倍不说,还给(gěi)生产、文(wén)档(dàng)等工作增添(tiān)数倍的工作。
错误四:这(zhè)板子的PCB设计要(yào)求不高,就(jiù)用细一点的线,自动布吧
点评:自(zì)动布线必(bì)然要占用(yòng)更大的PCB面积(jī),同(tóng)时产生比手动(dòng)布线多好多(duō)倍的过孔,在批(pī)量很(hěn)大的产品中(zhōng),PCB厂家降价所考 虑的因素除了商务(wù)因素(sù)外(wài),就是线宽和(hé)过孔数量(liàng),它(tā)们分别影响到(dào)PCB的成品率和钻头的消耗数量,节约了供应商(shāng)的成本,也(yě) 就给降价(jià)找到了(le)理由。
错误五:我们(men)这系统是220V供电,就不(bú)用在乎功耗问题(tí)了
点评:低(dī)功耗设计并不(bú)仅仅是为(wéi)了(le)省电,更多的好(hǎo)处在于降低(dī)了电源模块(kuài)及散热系统的成本(běn)、由于(yú)电流的减小也减少(shǎo)了电(diàn)磁辐 射和热噪声的(de)干扰。
随着设备温度的降低,器件寿命(mìng)则相应延长(半导体器件的工作(zuò)温度(dù)每(měi)提高10度,寿命则缩短一半)。
错误六(liù):这些总线信号都用(yòng)电阻拉一下,感(gǎn)觉放(fàng)心(xīn)些
点评:信号需要上下拉(lā)的原因很多,但也(yě)不是(shì)个(gè)个都(dōu)要拉(lā)。
上下拉电阻拉一个单纯的输入(rù)信号,电流也(yě)就几十微安以下,但拉一个被驱(qū)动了的信号,其电流将达毫安级(jí),现在的系统常常 是地址数(shù)据各32位(wèi),可能还(hái)有244/245隔离后(hòu)的总线及其它信号(hào),都上拉的话,几瓦的功耗就耗在(zài)这些电阻上了(le)(不要用8毛钱 一度(dù)电的(de)观念来对待(dài)这几瓦的功(gōng)耗)。
错误七:CPU和FPGA的这些(xiē)不用(yòng)的I/O口怎么处理呢?先让它(tā)空着(zhe)吧,以(yǐ)后再说
点评:不用的I/O口(kǒu)如果(guǒ)悬(xuán)空的话,受外界(jiè)的一点点干扰就可能成为反复振荡的(de)输入信号了,而MOS器件的功(gōng)耗基本取决于门 电路的翻(fān)转次数。
如果(guǒ)把它上拉的话,每个引脚也会有微安级的电流,所以最好(hǎo)的办(bàn)法(fǎ)是设成输(shū)出(当然外面不能接其它有驱动的信(xìn)号)。
错误八:这款FPGA还剩这么(me)多门用不完,可尽情(qíng)发挥(huī)吧
点评:FGPA的(de)功耗与被使用的触(chù)发器数量及其翻转次数成正比,所以同一(yī)型号的FPGA在不同电路不同时刻的功耗可(kě)能相差 100倍。
尽量减少高速(sù)翻转的触发(fā)器数量是降低FPGA功耗(hào)的(de)根本方(fāng)法。
错误九:这些小芯片的(de)功耗都很低,不用考虑
点评:对于内部(bù)不太复杂(zá)的(de)芯片(piàn)功耗是很难确定(dìng)的,它主(zhǔ)要(yào)由(yóu)引(yǐn)脚上(shàng)的(de)电流确定,一个ABT16244,没(méi)有(yǒu)负载的话耗(hào)电大概不 到1毫(háo)安,但它的指标是每个(gè)脚可驱动60毫安的负载(如匹配几十欧(ōu)姆的电(diàn)阻),即(jí)满负荷的功(gōng)耗最大(dà)可达60*16=960mA,当 然只(zhī)是电源(yuán)电流这么大(dà),热(rè)量都落到(dào)负(fù)载身上(shàng)了。
错误十:存储器有这么多控制(zhì)信号,我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了,片选就(jiù)接地(dì)吧,这样读操作(zuò)时数(shù)据出来得快 多了
点评:大部分存储器的功耗在片选有(yǒu)效时(不论OE和WE如何(hé))将比片选无效时大100倍(bèi)以上,所以应尽可能使用CS来控制芯 片,并且在满足其它(tā)要(yào)求的情况下尽可能缩短片选(xuǎn)脉冲的宽度。
错误十(shí)一:这些信号怎么都(dōu)有(yǒu)过冲(chōng)啊?只要匹配得好,就可消除(chú)了
点评:除了少(shǎo)数特定信(xìn)号外(如100BASE-T、CML),都是有过冲(chōng)的,只(zhī)要(yào)不是很大,并(bìng)不一定都(dōu)需要匹(pǐ)配,即使匹配(pèi)也并非(fēi) 要匹配(pèi)得最好(hǎo)。
像TTL的输出阻抗不到50欧姆,有的(de)甚至(zhì)20欧姆,如果也用这么大的匹配电阻的话,那电(diàn)流就(jiù)非常(cháng)大了,功耗是无法接受的。
另外信号幅度也将小得(dé)不能(néng)用,再说一(yī)般信号在输出高(gāo)电平和输出低电(diàn)平时的(de)输出阻抗并不(bú)相同,也办法做到(dào)完全匹配。
所(suǒ)以,TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接(jiē)受即可。
错误(wù)十二:降低功耗都是硬件人员的事(shì),与软件没关(guān)系
点评(píng):硬件只是搭个舞台,唱戏的却(què)是软件(jiàn),总线上几(jǐ)乎每一(yī)个(gè)芯片的(de)访问、每(měi)一个信号的翻转(zhuǎn)差不多都由软件(jiàn)控制的,如果 软件能减(jiǎn)少外存的访问次(cì)数(多使(shǐ)用寄(jì)存器变量(liàng)、多(duō)使用内部CACHE等)、及(jí)时响应(yīng)中断(中断往往是(shì)低(dī)电平有效并带(dài)有上 拉电阻)及其(qí)它争对具体单板的特定措施都将对降低功耗(hào)作出很大的贡献。
错(cuò)误(wù)十三(sān):这主(zhǔ)频(pín)100M的CPU只能处理70%,换200M主频的就没事了
点评:系统(tǒng)的处理能力牵涉到多种多样的因素(sù),在通信业(yè)务中其(qí)瓶颈一般都在存储器上(shàng),CPU再快(kuài),外(wài)部访问(wèn)快不(bú)起来也是徒 劳。
错误(wù)十四:CPU用大一点(diǎn)的(de)CACHE,就应该快了(le)
点评:CACHE的(de)增大,并(bìng)不一定就导致系统性能的提高,在某些情况下(xià)关闭(bì)CACHE反而比使用CACHE还快(kuài)。
原因是搬到CACHE中的(de)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(xì)统中一般(bān)只打开指(zhǐ)令(lìng)CACHE,数据CACHE即使打(dǎ)开也只局限在部分存储空间,如堆栈部分(fèn)。
同(tóng)时也要求程(chéng)序设计要兼顾(gù)CACHE的(de)容量及块大小(xiǎo),这涉及到关键代码循环(huán)体的长度及跳(tiào)转(zhuǎn)范围,如(rú)果(guǒ)一个循(xún)环刚(gāng)好比
CACHE大那(nà)么(me)一点点,又在反复(fù)循环的(de)话,那(nà)就惨了。
错(cuò)误(wù)十五:一个CPU处(chù)理不(bú)过(guò)来,就用两(liǎng)个分布处理,处(chù)理能力可提高一倍
点评(píng):对于搬砖头(tóu)来说(shuō),两个(gè)人应该比一个人(rén)的效率高一倍(bèi);对于(yú)作画来说(shuō),多一(yī)个人只能帮倒忙。
使用几个(gè)CPU需对(duì)业务有较(jiào)多的了解(jiě)后才(cái)能确(què)定,尽量减少两个CPU间协调的代价,使1+1尽可能接近2,千(qiān)万别小于(yú)1。
错误(wù)十六:这(zhè)个CPU带有DMA模(mó)块,用它来搬数据肯定快(kuài)
点评:真正的(de)DMA是由硬件抢占(zhàn)总线后(hòu)同时启动两端(duān)设备,但很多嵌入CPU内的DMA只是模拟而(ér)已,启动每一次(cì)DMA之前要 做不少(shǎo)准(zhǔn)备工作(zuò)(设(shè)起始(shǐ)地址(zhǐ)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(jí)搬一(yī)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(méi) 有(yǒu)循环跳转(zhuǎn)等额(é)外工作)。
但如果一次只(zhī)搬几(jǐ)个字节,还要做一堆准备工作,一(yī)般还涉及函数调用,效率并(bìng)不高。所以(yǐ)这种DMA只对大数(shù)据块才适用。
错(cuò)误(wù)十七(qī):为保证干净(jìng)的电源,去偶电容是多多益善
点评:总的(de)来(lái)说(shuō)去偶电容越多电源(yuán)当(dāng)然会更平稳,但太多了也有不利因素:浪费成本、布线困(kùn)难、上电(diàn)冲击电流太大等。
去偶电容的设计关键是要(yào)选对容(róng)量并且放对(duì)地方,一般的芯片手册都有(yǒu)争对去偶电容的设计(jì)参考,最好按手(shǒu)册去做。
错误十八:用户操作错(cuò)误发生问题就不能(néng)怪我了
点评(píng):要(yào)求用(yòng)户严格(gé)按手册操作是没错的,但用户(hù)是人,就有(yǒu)犯错的时(shí)候,不能说碰错一(yī)个键就死机,插错一个插头就烧板(bǎn)子。所以(yǐ)对用(yòng)户可能(néng)犯(fàn)的各种错误必须加以(yǐ)保护(hù)!
错误十九:这板子坏的原因是对端的板子出问题(tí)了(le),也不是我的责任
点评:对于各种对外的硬(yìng)件接口应有足够的兼容性,不能因为(wéi)对方信号不正(zhèng)常,你(nǐ)就(jiù)歇(xiē)着了。
它不(bú)正常只应影响到与其有关的(de)那部分功能(néng),而其(qí)它功能应能正(zhèng)常(cháng)工作(zuò),不应彻底(dǐ)罢工,甚(shèn)至永久损坏,而且一旦(dàn)接(jiē)口(kǒu)恢复, 你(nǐ)也应立即恢复正常。。
错误二十(shí):我们的系统要求这么高,包括MEM、CPU、FPGA等(děng)所有的芯片都要选最快的
点评:在一个(gè)高速系统中并不是每(měi)一部分都工作在高速状态,而器件速度每提(tí)高一个(gè)等(děng)级,价格差不多要翻倍,另外(wài)还给(gěi)信号 完整性问(wèn)题带来极大的负面影响。
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