Die häufigsten Fehler, die Ingenieure beim PCB-Design machen

Konstruktionsfehler lassen sich nie vermeiden. Seien Sie nicht dumm zu glauben, dass diese Fehler für ein niedriges Niveau oder fehlende Exzellenz in der PCB-Designfähigkeit stehen. Die meisten Fehler, die Ingenieure machen, sind jedoch auf übermäßige Überlegungen in Bezug auf Systemeffizienz, Signalintegrität, niedrigen Energieverbrauch und Kosteneinsparungen zurückzuführen. Anders ausgedrückt, diese Fehler resultieren aus „Freundlichkeit“. Daher ist das Bewusstsein für die "Freundlichkeit" und die rechtzeitige Vermeidung dieser Fehler von großem Vorteil für die reibungslose Umsetzung Ihrer Projekte.

Systemeffizienz

Fehler 1:Zufällige Änderung der CPU

Einige Ingenieure beobachten, dass eine CPU mit einer Grundfrequenz von 100 MB nur eine Verarbeitungskapazität von 70 % hat und sie diese gerne durch eine 200 MB ersetzen würden. Tatsächlich umfasst die Verarbeitungskapazität des Systems alle Arten von Elementen, und im Bereich der Kommunikation treten immer Schwierigkeiten beim Speicher auf, was bedeutet, dass es trotz hoher CPU-Geschwindigkeit immer noch eine Zeitverschwendung bei externen Besuchen mit niedriger Geschwindigkeit ist .

Fehler 2:Größerer Cache führt zu höherer Systemgeschwindigkeit.

Die Verbesserung des Cache führt nicht unbedingt zu einer hohen Systemleistung, und manchmal führt das Herunterfahren des Cache zu einer höheren Geschwindigkeit des Systems als seiner Anwendung, da Daten, die in den Cache verschoben werden, mehrere Anwendungen erhalten müssen, wenn die Systemeffizienz nicht erhöht wird. Daher wird im Allgemeinen nur der Befehls-Cache geöffnet, während der Daten-Cache nur auf einen Teil des Speicherplatzes beschränkt ist, selbst wenn er geöffnet ist.

Fehler 3:Glauben, dass eine Unterbrechung schneller ist als eine Abfrage.

Die Unterbrechung hat eine starke Unmittelbarkeit, ist aber nicht unbedingt schnell. Wenn es zu viele Unterbrechungsmissionen gibt, wird das System aufgrund der Diskontinuität der Unterbrechungsmissionen bald zusammenbrechen. Wenn es viele häufige Aufgaben gibt, wird viel CPU-Aufwand für die Kosten von Unterbrechungen aufgewendet, so dass die Systemeffizienz extrem langsam ist. Wenn stattdessen eine Abfrage angewendet wird, wird die Systemeffizienz erheblich verbessert. Manchmal erfüllt die Abfrage jedoch nicht die Anforderung der Unmittelbarkeit, daher ist es die beste Methode, die Abfrage während des Unterbrechungsprozesses anzuwenden.

Fehler 4:Zeitablauf an Speicherschnittstellen muss nicht geändert werden.

Der Standardwert an den Speicherschnittstellen wird durch die konservativsten Parameter bestimmt und sollte in der praktischen Anwendung entsprechend der Busbetriebsfrequenz und der Wartezeit angemessen modifiziert werden. Manchmal kann eine Verringerung der Frequenz die Effizienz verbessern.

Fehler 5:Mehr CPUs helfen, die Verarbeitungskapazität zu erhöhen.

Es wird oft gesagt, dass zwei Köpfe besser sind als einer. Für CPUs ist es normalerweise nicht wahr. Die Anzahl der CPUs kann nicht bestimmt werden, bis ein vollständiges Verständnis des Systems stattgefunden hat, da die Koordination zwischen den CPUs viel kosten kann.

Signalintegrität

Fehler 1:Übermäßiges Vertrauen in Simulationsdaten.

Simulation kann niemals mit praktischem Objekt identisch sein, und es können Unterschiede zwischen denselben Produkten auftreten, sogar in derselben Charge. Außerdem berücksichtigt die Simulation nicht alle Möglichkeiten, insbesondere das Übersprechen. Daher kann das Simulationsergebnis nur als Referenz angesehen werden.

Fehler 2:Digitale Signalflanke soll möglichst steil sein.

Je steiler die Flanke ist, desto breiter wird der Spektralbereich und desto mehr Energie wird im hochfrequenten Teil vorhanden sein. Gleichzeitig erzeugen Hochfrequenzsignale mehr Strahlung und stören leicht andere Signale mit schlechter Übertragungsqualität auf Leitungen. Daher sollten so viele Low-Speed-Chips wie möglich eingesetzt werden.

Fehler 3:Entkopplungskondensatoren sollten so viele wie möglich sein.

Im Allgemeinen gilt:Je mehr Entkopplungskondensatoren vorhanden sind, desto stabiler ist die Leistung. Zu viele Kondensatoren führen jedoch auch zu einigen Nachteilen wie Kostenverschwendung, schwierigem Routing und zu großem Impulsstrom. Der Schlüssel zum Entkopplungskapazitätsdesign liegt in der richtigen Auswahl und Platzierung.

Energieverbrauch

Fehler 1:Vernachlässigung des Energieverbrauchs bei 220-V-Versorgung

Der Zweck des Designs mit niedrigem Energieverbrauch liegt nicht nur in der Energieeinsparung, sondern auch in der Senkung der Kosten des Leistungsmoduls und des Wärmeableitungssystems. Es ist offensichtlich unzureichend, die Stromversorgung zu berücksichtigen, wenn es um Fragen des Energieverbrauchs geht, da der Energieverbrauch hauptsächlich durch die Strommenge und die Temperatur der Komponenten bestimmt wird.

Fehler 2:Alle Bussignale sollten über Widerstände gezogen werden.

Manchmal müssen Signale von Widerständen gezogen werden, aber nicht alle. Der Strom, der verbraucht wird, wenn ein reines Signal nach oben oder unten gezogen wird, beträgt nur einige zehn Mikroampere, während der Strom, der zum Hoch- oder Herunterziehen eines angesteuerten Signals verbraucht wird, den Pegel von Milliampere erreicht. Wenn alle Signale von Widerständen gezogen werden, muss mehr Energie an Widerständen verbraucht werden.

Fehler 3:Ungenutzte I/O-Schnittstellen ungenutzt lassen

Ungenutzte E/A-Schnittstellen auf CPU und FPGA werden möglicherweise zu Eingangssignalen mit sich wiederholenden Oszillationen, wenn sie auch nur geringfügigen Störungen durch die externe Umgebung ausgesetzt sind. Darüber hinaus hängt der Energieverbrauch von MOS-Bauelementen grundsätzlich von den Umkehrzeiten der Gate-Schaltung ab. Daher ist die beste Lösung, diejenigen Schnittstellen als Ausgang zu setzen, die nicht mit Signalen mit Treibern verbunden werden dürfen.

Fehler 4:Ohne Berücksichtigung des Energieverbrauchs kleiner Chips

Es ist schwierig, den Energieverbrauch relativ einfacher Chips innerhalb des Systems zu bestimmen, da der Energieverbrauch im Allgemeinen durch den Strom an den Pins bestimmt wird. Beispielsweise beträgt der Stromverbrauch des ABT16244 ohne Last weniger als 1 mA. Jeder Pin davon kann jedoch eine Last von 60 mA treiben, was bedeutet, dass der maximale Energieverbrauch bei Volllast 960 mA erreichen kann. Es findet ein großer Unterschied im Energieverbrauch statt.

Fehler 5:Overshoot kann durch exzellentes Matching eliminiert werden.

Überschwingen existiert bei fast allen Signalen mit Ausnahme einiger spezieller Signale wie 100BASE-T oder CML. Eine Anpassung ist nicht erforderlich, solange sie nicht so groß ist. Durch das Matching werden extrem hohe Anforderungen geweckt. Beispielsweise beträgt die Ausgangsimpedanz von TTL weniger als 50 Ω, einige sogar 20 Ω, und wenn eine so große Anpassung darauf implementiert wird, wird der Strom so groß, dass der Energieverbrauch dies nicht akzeptiert. Außerdem ist die Signalamplitude so klein, dass sie nicht erneut verwendet werden kann. Übrigens ist die Ausgangsimpedanz nicht gleich, wenn normale Signale mit hohem und niedrigem Pegel ausgegeben werden, und es kann auch niemals eine perfekte Anpassung erzielt werden. Daher kann die Anpassung zwischen Signalen wie TTL, LVDS und 422 für Überschwinger akzeptabel sein, was die beste Lösung ist.

Fehler 6:Energieverbrauchsprobleme werden nur der Hardware zugeschrieben.

In einem System ist die Hardware für den Aufbau einer Bühne verantwortlich, während die Software eine wichtige Rolle im Spiel spielt. Jeder Chipbesuch und jede Umkehrung jedes Signals werden nahezu durch Software gesteuert. Die Umsetzung geeigneter Maßnahmen wird viel zur Senkung des Energieverbrauchs beitragen.

Kosteneinsparung

Fehler 1:Vernachlässigung der Widerstandsgenauigkeit von Pull-up-/Pull-down-Widerständen

Einige Ingenieure glauben nicht, dass die Widerstandsgenauigkeit von Pullup-/Pulldown-Widerständen wichtig ist. Zum Beispiel neigen sie dazu, zufällig 5K auszuwählen, da es einfach zu berechnen ist. Tatsächlich existiert jedoch kein Widerstand von 5K auf dem Komponentenmarkt und der nächste ist 4,99K (Genauigkeit beträgt 1%) und 5,1K (Genauigkeit beträgt 5%), deren Kosten viermal bzw. zweimal höher sind von 4,7 K (Genauigkeit 20 %). Widerstände mit einer Widerstandsgenauigkeit von 20% gibt es jedoch nur in den Typen 1K, 1,5K, 2,2K, 3,3K, 4,7K und 6,8K. Mit 4,99 K oder 5,1 K mit einer Genauigkeit von 1 % im Vergleich zu 4,7 K mit einer Genauigkeit von 20 % ist ersteres offensichtlich kostengünstiger.

Fehler 2:Zufällige Auswahl der Anzeigelichtfarbe

Einige Ingenieure wählen die Lichtfarbe basierend auf ihrer Gunst aus. Technologien für Anzeigeleuchten, deren Farben rot, grün, gelb oder orange sind, werden jedoch seit einigen Jahren entwickelt. Außerdem ist ihr Preis extrem niedrig. Im Gegensatz dazu erhalten blaue Blinkleuchten eine relativ schlechte Technologiereife und geringe Versorgungssicherheit bei einem vier- bis fünffach höheren Preis. Bisher werden blaue Anzeigeleuchten nur in Situationen eingesetzt, in denen andere Farben niemals ersetzt werden können, z. B. bei der Anzeige von Videosignalen.

Fehler 3:Anwendung von CPLD nur für Bestnote

Einige Ingenieure wenden CPLD anstelle der Gate-Schaltung von 74 ** für die Bestnote an. Dies führt jedoch zu höheren Kosten und zahlreichem Arbeitsaufwand für Produktion und Dateien.

Fehler 4:Streben nach dem schnellsten MEM, CPU und FPGA

Konfrontiert mit hohen Systemanforderungen denken Ingenieure einfach, dass alle Chips wie MEM, CPU und FPGA die schnellsten sein müssen. Tatsächlich arbeiten in einem Hochgeschwindigkeitssystem nicht alle Teile mit hoher Geschwindigkeit. Darüber hinaus führt die Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit der Komponenten zu einer Erhöhung der Kosten und einer großen Beeinträchtigung der Signalintegrität.

Fehler 5:Sich nur auf automatisches Routing verlassen

Für das PCB-Design mit geringen Designanforderungen verlassen sich einige Ingenieure einfach auf das automatische Routing. Automatisches Routing führt tendenziell zu größeren PCB-Flächen und Durchgangslöchern, die um ein Vielfaches größer sind als die Anwendung von manuellem Routing. Da die Linienbreite und die Anzahl der Durchkontaktierungen direkten Einfluss auf die Leiterplattenausbeute und den Verbrauch des Bohrers haben, werden die Kosten stark beeinflusst. Um die Kosten unter Kontrolle zu bekommen, ist es besser, das Beste aus dem manuellen Routing herauszuholen.

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