硬件专家的PCB设计经验分享

硬件专家的PCB设计经验分享

1：节省成本

现象一：这些上拉/下拉电阻阻值有多大并不重要，我们选择5K的整数

点评：市面上没有5K电阻。 最接近的是 4.99K（精度 1%），其次是 5.1K（精度 5%）。 其成本比4.7K高4倍、2倍（精度20%）。 20%精度的电阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8（包括10的整数倍）； 同样，精度为20%的电容也只有上述数值。 如果选择其他值，则必须使用更高的精度，成本会成倍增加，但不能带来任何好处。

现象二：面板上的指示灯是什么颜色？ 我觉得蓝色很特别，所以选它

点评：其他颜色，如红、绿、黄、橙，无论大小（小于5MM），都已经成熟了几十年，价格一般在50美分以内，而蓝色则是最近才发明的东西 三四年。 技术成熟度和供应稳定性较差，但价格却高出四五倍。 目前蓝色指示灯仅用于其他颜色无法替代的场合，例如显示视频信号

现象三

点评：74XX的门电路才几毛钱，而CPLD至少要几十块钱（GAL/PAL才几块钱，但公司不推荐）。 成本增加了N倍。 也给制作、文档等工作增加了数倍的工作量。

现象四：我们的系统要求这么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有芯片都要选择最快的

点评：在高速系统中，并不是每个部分都工作在高速状态。 设备的速度每提高一个级别，价格几乎就会翻倍。 此外，它还给信号完整性带来很大的负面影响。

现象五：该板PCB设计要求不高，所以采用较细的线路自动布

点评：自动布线必然会占用更大的PCB面积，并且产生的过孔比手动布线多很多倍。 在大批量的产品中，PCB厂商降价考虑的因素除了商业因素外，还有线宽和过孔数量。 它们分别影响PCB的良率和钻头的消耗，节省供应商的成本，从而找到降价的理由。

现象六：只要程序稳定，代码长、效率低并不重要

点评：CPU速度和内存空间都是用钱买来的。 如果写代码的时候多花几天时间来提高程序效率，降低CPU频率和内存容量所节省的成本绝对是划算的。 CPLD/FPGA 设计类似。

2：低功耗设计

现象一：我们的系统是220V供电，所以我们不关心功耗

点评：低功耗设计不仅是为了节省电量，也是为了降低电源模块和散热系统的成本。 电流的减少也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。 随着器件温度的降低，器件的寿命也会相应延长（工作温度每升高10℃，半导体器件的寿命将缩短一半）

现象二：这些总线信号是有阻力拉的，这让我放心了

点评：信号需要上拉和下拉的原因有很多，但并不是所有的情况都需要上拉和下拉。 上下拉动电阻来拉动一个简单的输入信号，电流就会小于几十微安。 但拉一个驱动信号，电流就会达到毫安级。 当今的系统通常使用 32 位地址数据，并可能使用 244/245 隔离总线和其他信号。 如果拉起来的话，几瓦的功耗就会被这些电阻消耗掉（不要用每千瓦80分钱的概念来对待这几瓦的功耗）。

现象三：CPU和FPGA这些未使用的I/O口如何处理？ 先让它为空，然后

注释：如果将未使用的I/O端口悬空，来自外界的一点干扰就可能成为反复振荡的输入信号。 MOS器件的功耗基本上取决于门电路的翻转次数。 如果拉高的话，每个引脚也会有微安电流，所以最好的办法就是设置为输出（当然外面不能接其他驱动信号）

现象四：这个FPGA还剩下这么多门，你可以尽情发挥

点评：FGPA的功耗与所使用的触发器数量和翻转次数成正比，因此同一类型的FPGA在不同电路中不同时刻的功耗可能相差100倍。 尽量减少触发器的数量是降低FPGA功耗的根本途径。

现象五：这些小芯片的功耗很低，无需考虑

点评：内部不太复杂的芯片很难确定其功耗。 主要由引脚上的电流决定。 一颗ABT16，244在无负载的情况下消耗电流不到1mA，但它的指标是每个引脚可以驱动60mA的负载（比如匹配几十欧的电阻）。 即满载最大功耗可达60*16=960mA。 当然，电源电流太大，热量落在负载上。

现象六：内存中控制信号过多。 我只需要在这块板上使用 OE 和 WE 信号。 只需将芯片选择接地，这样在读取操作期间数据就会更快地输出。

点评：大多数存储器在片选有效时（无论OE和WE）的功耗会比片选无效时大100倍以上。 因此，应尽可能采用CS来控制芯片，在满足其他要求的情况下，片选脉冲的宽度应尽可能缩短。

现象七：为什么这些信号会超调？ 只要比赛好就可以淘汰

点评：除少数特定信号（如100BASE-T和CML）外，均存在过冲现象。 只要不是很大，就不需要匹配，即使匹配不是最好的。 例如TTL的输出阻抗小于50欧姆，有的甚至20欧姆。 如果还使用这么大的匹配电阻，电流会很大，功耗难以接受，而且信号幅度会太小而无法使用。 另外，一般信号在高输出电平和低输出电平时的输出阻抗是不一样的，没有办法做到完全匹配。 因此，TTL、LVDS、422等信号的匹配只要能实现过冲即可。