电子工程师不可常犯的错误小结

2017-8-8 13:22:59 3017

0 电子工程师指从事各类电子设备和信息系统研究、教学、产品设计、科技开发、生产和管理等工作的高级工程技术人才。一般分为硬件工程师和软件工程师。硬件工程师：主要负责电路分析、设计；并以电脑软件为工具进行PCB设计，待工厂PCB制作完毕并且焊接好电子元件之后进行测试、调试；软件工程师：主要负责单片机、DSP、ARM、FPGA等嵌入式程序的编写及调试。FPGA程序有时属硬件工程师工作范畴。是人就会犯错，何况是工程师呢？虽然斗转星移，工程师们却经常犯同样的错误！下面，就请各位对号入座，看看自己有没有中招。这些拉高/拉低的电阻用多大的阻值关系不大，就选个整数5K吧。点评：市场上不存在5K的阻值，最接近的是 4.99K（精度1%），其次是5.1K（精度5%），其成本分别比精度为20%的4.7K高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）；类似地，20%精度的电容也只有以上几种值，如果选了其它的值就必须使用更高的精度，成本就翻了几倍，却不能带来任何好处。这部分电路只要要求软件这样设计就不会有问题。点评：硬件上很多电气特性直接受软件控制，但软件是经常发生意外的，程序跑飞了之后无法预料会有什么操作。设计者应确保不论软件做什么样的操作硬件都不应在短时间内发生永久性损坏。这点逻辑用74XX的门电路搭也行，但太土，还是用CPLD吧，显得高档多了。点评：74XX的门电路只几毛钱，而CPLD至少也得几十块。成本提高了N倍不说，还给生产、文档等工作增添数倍的工作。这板子的PCB设计要求不高，就用细一点的线，自动布吧。点评：自动布线必然要占用更大的PCB面积，同时产生比手动布线多好多倍的过孔，在批量很大的产品中，PCB厂家降价所考虑的因素除了商务因素外，就是线宽和过孔数量，它们分别影响到PCB的成品率和钻头的消耗数量，节约了供应商的成本，也就给降价找到了理由。我们这系统是220V供电，就不用在乎功耗问题了。点评：低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，器件寿命则相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半）这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些。点评：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，现在的系统常常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都上拉的话，几瓦的功耗就耗在这些电阻上了（不要用8毛钱一度电的观念来对待这几瓦的功耗）。 CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢？先让它空着吧，以后再说。点评：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个引脚也会有微安级的电流，所以最好的办法是设成输出（当然外面不能接其它有驱动的信号）这款FPGA还剩这么多门用不完，可尽情发挥吧。点评：FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比，所以同一型号的FPGA在不同电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根本方法。这些小芯片的功耗都很低，不用考虑。点评：对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，它主要由引脚上的电流确定，一个ABT16244，没有负载的话耗电大概不到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），即满负荷的功耗最大可达6016=960mA，当然只是电源电流这么大，热量都落到负载身上了。存储器有这么多控制信号，我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了，片选就接地吧，这样读操作时数据出来得快多了。* 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，所以应尽可能使用CS来控制芯片，并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的宽度。这些信号怎么都有过冲啊？只要匹配得好，就可消除了。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，即使匹配也并非要匹配得最好。象TTL的输出阻抗不到50欧姆，有的甚至20欧姆，如果也用这么大的匹配电阻的话，那电流就非常大了，功耗是无法接受的，另外信号幅度也将小得不能用，再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同，也办法做到完全匹配。所以，TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。降低功耗都是硬件人员的事，与软件没关系。点评：硬件只是搭个舞台，唱戏的却是软件，总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的翻转差不多都由软件控制的，如果软件能减少外存的访问次数（多使用寄存器变量、多使用内部CACHE等）、及时响应中断（中断往往是低电平有效并带有上拉电阻）及其它争对具体单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的献。这主频100M的CPU只能处理70%，换200M主频的就没事了。点评：系统的处理能力牵涉到多种多样的因素，在通信业务中其瓶颈一般都在存储器上，CPU再快，外部访问快不起来也是徒劳。 CPU用大一点的CACHE，就应该快了。点评：CACHE的增大，并不一定就导致系统性能的提高，在某些情况下关闭CACHE反而比使用CACHE还快。原因是搬到CACHE中的数据必须得到多次重复使用才会提高系统效率。所以在通信系统中一般只打开指令CACHE，数据CACHE即使打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的容量及块大小，这涉及到关键代码循环体的长度及跳转范围，如果一个循环刚好比CACHE大那么一点点，又在反复循环的话，那就惨了。一个CPU处理不过来，就用两个分布处理，处理能力可提高一倍。点评：对于搬砖头来说，两个人应该比一个人的效率高一倍；对于作画来说，多一个人只能帮倒忙。使用几个CPU需对业务有较多的了解后才能确定，尽量减少两个CPU间协调的代价，使1+1尽可能接近2，千万别小于1。这个CPU带有DMA模块，用它来搬数据肯定快。点评：真正的DMA是由硬件抢占总线后同时启动两端设备，在一个周期内这边读，那边些。但很多嵌入CPU内的DMA只是模拟而已，启动每一次DMA之前要做不少准备工作（设起始地址和长度等），在传输时往往是先读到芯片内暂存，然后再写出去，即搬一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，没有循环跳转等额外工作），但如果一次只搬几个字节，还要做一堆准备工作，一般还涉及函数调用，效率并不高。所以这种DMA只对大数据块才适用。为保证干净的电源，去偶电容是多多益善。点评：总的来说去偶电容越多电源当然会更平稳，但太多了也有不利因素：浪费成本、布线困难、上电冲击电流太大等。去偶电容的设计关键是要选对容量并且放对地方，一般的芯片手册都有争对去偶电容的设计参考，最好按手册去做。信号匹配真麻烦，如何才能匹配好呢？点评：信号产生反射的原因是线路阻抗的不均匀造成的，匹配的目的就是为了使驱动端、负载端及传输线的阻抗变得接近，但能否匹配得好，与信号线在PCB上的拓扑结构也有很大关系，传输线上的一条分支、一个过孔、一个拐角、一个接插件、不同位置与地线距离的改变等都将使阻抗产生变化，而且这些因素将使反射波形变得异常复杂，很难匹配，因此高速信号仅使用点到点的方式，尽可能地减少过孔、拐角等问题。用户操作错误发生问题就不能怪我了。点评：要求用户严格按手册操作是没错的，但用户是人，就有犯错的时候，不能说碰错一个键就死机，插错一个插头就烧板子。所以对用户可能犯的各种错误必须加以保护。这板子坏的原因是对端的板子出问题了，也不是我的责任。点评：对于各种对外的硬件接口应有足够的兼容性，不能因为对方信号不正常，你就歇着了。它不正常只应影响到与其有关的那部分功能，而其它功能应能正常工作，不应彻底罢工，甚至永久损坏，而且一旦接口恢复，你也应立即恢复正常。我们的系统要求这么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要选最快的。点评：在一个高速系统中并不是每一部分都工作在高速状态，而器件速度每提高一个等级，价格差不多要翻倍，另外还给信号完整性问题带来极大的负面影响。最后讲一下电容小知识，也是工程师容易犯错误的。为什么两个电容并联：一是：同种类型的电容并联作用主要是扩容；二是：不同种类型的电容并联一般是一个感性强、一个感性弱。小容量电容高频信号易通过，大容量电容低频信号易通过。大电容在低频时能提供好的通路，而在高频时由于其寄生电感的存在阻抗将变大而无法提供滤波通路，所以大电容不能滤高频，而小电容在低频时阻抗太大而无法提供滤波通路，所以不能共同一电容滤高频和低频。电容并联的好处：在于增大容值，减小容抗。并联数量越多，效果越明显，不过成本就越高。电解是用来滤低频，陶瓷是用来滤高频的。此外，电解有漏电电流，所以后面在接陶瓷来消除漏电流的。在开关电源中，两个电容并联的作用为电容大的那个是用来滤波的，小的那个电容是用来消除大的电容在高频时产生的感性特性的！电容的作用（四类常见） 1、滤波作用：在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。 2、耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。 3、退耦电容：并接于放大电路的电源正负极之间，防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。 4、旁路电容：在交直流信号的电路中，将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上，为交流信号或脉冲信号设置一条通路，避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。 ——文章来源:融创芯城公众号 2
2017-8-8 13:22:59　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 工程师经常犯的错误有哪些 2320 • 巧评电子工程师常犯的20个错误 6 • 电子工程师常犯的20个错误，你搞错哪些？ 3738 • 工程师常犯错误汇总，有你吗？ 3 • 硬件工程师经常犯的几个典型错误 689 • 电子工程师常犯的错误TOP20点评 5146 • 电子工程师会常犯的21点错误总结 3163 • 整理一些电子工程师比较常犯的一些错误 3414 • 在元器件和复杂电路中工程师常犯的10个错误 735 • 电子工程师常犯的错你有吗？ 1653 4 个讨论