Основные ошибки проектирования печатных плат, которых инженеры должны избегать

Инженерные ошибки никогда не могут быть избежаны. Не будьте наивны, веря, что эти ошибки свидетельствуют о низком уровне или отсутствии совершенства в способностях проектирования печатных плат. Однако большинство ошибок, которые инженеры склонны совершать, происходят из их чрезмерных соображений в терминах системной эффективности, целостности сигнала, низкого энергопотребления и экономии затрат. Иными словами, эти ошибки результат «добрых намерений». Поэтому осознание этой «доброты» и своевременное избегание этих ошибок очень полезно для гладкой реализации ваших проектов.

Системная эффективность

Ошибка 1: Произвольная смена ЦП

Некоторые инженеры замечают, что ЦП с базовой частотой 100 МГц имеет производительность всего 70% и хотят заменить его на 200 МГц. На самом деле, производительность системы включает всевозможные элементы, и в области связи трудности всегда возникают в памяти, что означает, что, несмотря на высокую скорость ЦП, это все равно пустая трата усилий при внешнем доступе с низкой скоростью.

Ошибка 2: Более большой кэш приводит к более высокой скорости системы.

Улучшение кэша не обязательно ведет к высокой производительности системы, и иногда отключение кэша приводит к более высокой скорости системы, чем его применение, потому что данные, перемещенные в кэш, должны получить множественное применение, иначе эффективность системы не увеличится. Поэтому обычно открыт только командный кэш, а кэш данных ограничивается только частичным пространством хранения, даже если он открыт.

Ошибка 3: Вера в то, что прерывание быстрее опроса.

Прерывание имеет сильную мгновенность, но не обязательно быстрое. Если есть слишком много задач прерываний, система скоро сломается из-за непрерывности задач прерываний. Если есть много частых задач, много усилий ЦП будет потрачено на стоимость прерываний, так что эффективность системы будет крайне медленной. Если вместо этого применяется опрос, эффективность системы значительно улучшится. Однако иногда опрос не удовлетворяет требованию мгновенности, поэтому лучший метод — применять опрос в процессе прерывания.

Ошибка 4: Временная последовательность на интерфейсах памяти не нуждается в модификации.

Значения по умолчанию на интерфейсах памяти все определены самыми консервативными параметрами, и в практическом применении они должны быть разумно модифицированы в соответствии с частотой работы шины и периодом ожидания. Иногда снижение частоты может улучшить эффективность.

Ошибка 5: Больше ЦП помогут увеличить производительность.

Часто говорят, что две головы лучше одной. Для ЦП это обычно неверно. Количество ЦП не может быть определено до полного понимания системы, поскольку координация между ЦП может стоить дорого.

Целостность сигнала

Ошибка 1: Чрезмерная вера в данные моделирования.

Моделирование никогда не может быть таким же, как реальный объект, и различия могут возникать даже среди одинаковых продуктов в одной партии. Более того, моделирование не учитывает все возможности, особенно перекрестные помехи. Поэтому результат моделирования может рассматриваться только как справочный.

Ошибка 2: Фронт цифрового сигнала должен быть максимально крутым.

Чем круче фронт, тем шире спектральный диапазон и тем больше энергия в высокочастотной части. Тем временем, чем больше излучения будут производить высокочастотные сигналы, и они будут легко мешать другим сигналам с плохим качеством передачи на выводах. Поэтому низкоскоростные чипы должны применяться как можно больше.

Ошибка 3: Развязывающие конденсаторы должны быть как можно больше.

В общем, чем больше развязывающих конденсаторов, тем стабильнее питание. Однако слишком много конденсаторов также приведет к некоторым недостаткам, таким как расточительство затрат, сложная трассировка и слишком большой импульсный ток питания. Ключ к проектированию развязывающей емкости заключается в правильном выборе и размещении.

Энергопотребление

Ошибка 1: Игнорирование проблемы энергопотребления в случае питания 220 В.

Цель проектирования низкого энергопотребления не только в экономии энергии, но и в снижении стоимости модуля питания и системы теплоотвода. Очевидно недостаточно учитывать только питание при решении проблем энергопотребления, поскольку энергопотребление в основном определяется величиной тока и температурой компонентов.

Ошибка 2: Все сигналы шины должны быть подтянуты резисторами.

Иногда сигналы нужно подтягивать резисторами, но не все. Ток, потребляемый при чистом подтягивании вверх или вниз, составляет всего десятки микроампер, в то время как ток, потребляемый для подтягивания управляемого сигнала, достигает уровня миллиампер. Если все сигналы подтянуты резисторами, на резисторах будет потребляться больше энергии.

Ошибка 3: Оставление неиспользуемых интерфейсов ввода/вывода неиспользованными.

Неиспользуемые интерфейсы ввода/вывода на ЦП и ПЛИС могут стать входными сигналами с повторяющимися колебаниями, когда они подвергаются даже незначительным помехам из внешней среды. Более того, энергопотребление МОП-компонентов в основном зависит от количества переключений вентильного контура. Поэтому лучшее решение — установить эти интерфейсы как выходные, которые не должны быть подключены к сигналам с драйверами.

Ошибка 4: Без учета энергопотребления маленьких чипов.

Трудно определить энергопотребление относительно простых чипов внутри системы, поскольку энергопотребление обычно определяется током на выводах. Например, потребление мощности ABT16244 составляет менее 1 мА без нагрузки. Однако каждый его вывод способен управлять нагрузкой 60 мА, что означает, что максимальное энергопотребление при полной нагрузке может достичь 960 мА. Происходит огромная разница в энергопотреблении.

Ошибка 5: Переходные процессы могут быть устранены через отличное согласование.

Переходные процессы существуют почти на всех сигналах, кроме некоторых специальных сигналов, таких как 100BASE-T или CML. Согласование не обязательно, пока оно не так велико. К согласованию предъявляются экстремально высокие требования. Например, выходной импеданс TTL меньше 50 Ом, некоторые даже 20 Ом, и если такое большое согласование реализовать на нем, ток станет настолько большим, что энергопотребление не сможет его принять. Плюс амплитуда сигнала будет настолько мала, что его нельзя будет использовать снова. Кстати, выходной импеданс не одинаков, когда обычные сигналы выдают высокий и низкий уровни, и идеальное согласование никогда не может быть получено. Поэтому согласование между сигналами, такими как TTL, LVDS и 422, может быть приемлемым для переходных процессов, что является лучшим решением.

Ошибка 6: Проблемы энергопотребления приписываются только аппаратному обеспечению.

В системе аппаратное обеспечение отвечает за создание сцены, в то время как программное обеспечение играет значительную роль в пьесе. Каждое обращение к чипу и переключения каждого сигнала почти полностью контролируются программным обеспечением. Реализация подходящих мер внесет большой вклад в снижение энергопотребления.

Экономия затрат

Ошибка 1: Игнорирование точности резисторов подтяжки/подтяжки вниз.

Некоторые инженеры не считают, что точность резисторов подтяжки/подтяжки вниз имеет значение. Например, они склонны выбирать случайно 5 кОм, так как это легко рассчитать. На самом деле, резистора 5 кОм не существует на рынке компонентов, а ближайшие — 4,99 кОм (точность 1%) и 5,1 кОм (точность 5%), стоимость которых соответственно в четыре и два раза больше, чем у 4,7 кОм (точность 20%). Тем не менее, резисторы с точностью 20% существуют только в типах 1 кОм, 1,5 кОм, 2,2 кОм, 3,3 кОм, 4,7 кОм и 6,8 кОм. С 4,99 кОм или 5,1 кОм с точностью 1% по сравнению с 4,7 кОм с точностью 20%, первый очевидно более рентабелен.

Ошибка 2: Случайный выбор цвета индикаторного светодиода.

Некоторые инженеры выбирают цвет индикаторного светодиода на основе своих предпочтений. Однако технологии индикаторных светодиодов красного, зеленого, желтого или оранжевого цвета развивались десятилетиями. Кроме того, их цена крайне низкая. Наоборот, синие индикаторные светодиоды имеют относительно низкую зрелость технологии и низкую надежность поставки с ценой в четыре-пять раз выше. До сих пор синие индикаторные светодиоды применяются только в ситуациях, где другие цвета не могут быть заменены, например, для индикации видеосигнала.

Ошибка 3: Применение ПЛМ только для высшего класса.

Некоторые инженеры применяют ПЛМ вместо вентильных цепей 74** для высшего класса. Однако это приведет к более высокой стоимости и многочисленной работе для производства и файлов.

Ошибка 4: Стремление к самому быстрому MEM, ЦП и ПЛИС.

Столкнувшись с высокими системными требованиями, инженеры просто думают, что все чипы должны быть самыми быстрыми, такими как MEM, ЦП и ПЛИС. На самом деле, в высокоскоростной системе не все части работают на высокой скорости. Более того, повышение рабочей скорости компонентов приводит к увеличению затрат и серьезным помехам для целостности сигнала.

Ошибка 5: Только доверие к автоматической трассировке.

Для проектирования печатных плат с низкими требованиями к проектированию некоторые инженеры просто полагаются на автоматическую трассировку. Автоматическая трассировка имеет тенденцию вызывать большую площадь печатной платы и сквозные виа, которые во много раз больше, чем при ручной трассировке. Поскольку ширина линии и количество сквозных виа напрямую влияют на выход продукции печатных плат и расход сверла, стоимость затем сильно влияется. Чтобы держать стоимость под контролем, лучше сделать лучшее использование ручной трассировки.

Отправьте свои файлы проектирования печатных плат и получите высококачественные печатные платы быстро и рентабельно!

Как один из ведущих производителей печатных плат в Китае с опытом более десятилетия в обслуживании электроиндустрии, PCBCart полностью способен воплотить любую индивидуально спроектированную схему в печатные платы быстро со всеми ожидаемыми функциями и производительностью. Мы также очень хороши в выполнении специальных требований клиентов, особенно когда речь идет о сроках, контроле бюджета и пользовательском тестировании. Не стесняйтесь нажать кнопки ниже, чтобы получить стоимость вашей печатной платы, или вы можете просто связаться с нами здесь для получения дополнительной информации и ручного расчета стоимости.

Полезные ресурсы:
• Ключевые правила проектирования печатных плат, которые вы должны знать
• Часто встречающиеся проблемы проектирования печатных плат
• Возможные проблемы и решения в процессе проектирования печатных плат
• Как проектировать высококачественные печатные платы
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество ценностных опций
• Продвинутый сервис монтажа печатных плат от PCBCart — от 1 штуки