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巧评电(diàn)子工(gōng)程(chéng)师常犯的20个(gè)错误

电子(zǐ)工程师指从事各类(lèi)电子设备和信息系统研究、教学(xué)、产品设计、科技开发、生产(chǎn)和管理等工作的高级(jí)工程技术人才。 一般分(fèn)为(wéi)硬件工程(chéng)师(shī)和软件工(gōng)程师。

硬件工程(chéng)师:主(zhǔ)要负责电路(lù)分(fèn)析(xī)、设计并(bìng)以电脑软件(jiàn)为工(gōng)具进行PCB设计,待工厂(chǎng)PCB制作完毕并(bìng)且焊接好电子元件(jiàn)之后进行(háng) 测试、调试;

软(ruǎn)件(jiàn)工程师:主要负责(zé)单片机、DSP、ARM、FPGA等嵌(qiàn)入(rù)式程序(xù)的(de)编写(xiě)及调试。FPGA程序有时属硬件工程师工作范畴(chóu)。

错误一:这些拉高/拉低的电(diàn)阻用多大(dà)的(de)阻值关系不大,就(jiù)选(xuǎn)个整数5K吧
点评:市场上不存(cún)在5K的阻(zǔ)值,最接(jiē)近的是4.99K(精度1%),其次是5.1K(精度5%),其成本(běn)分别(bié)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(bié)(含10的整数倍);
类似地(dì),20%精度的电容也(yě)只(zhī)有以上几种值,如果(guǒ)选了其(qí)它的值就必须使用更(gèng)高的精度,成(chéng)本就翻了几倍,却不能带来任何好(hǎo) 处。
错(cuò)误二:这部分电路只要要求软件这样设计就不(bú)会(huì)有问题
点(diǎn)评:硬(yìng)件(jiàn)上很(hěn)多电气特性(xìng)直接受软件控制,但软(ruǎn)件是经(jīng)常发生意(yì)外的,程序跑飞了之后无法预料会有什么操(cāo)作。
设计者应(yīng)确保不论软件做什么(me)样(yàng)的操作(zuò)硬件都不应在短时间内发生永久性损(sǔn)坏。
错误三(sān):这点逻辑用(yòng)74XX的门电路搭也行(háng),但(dàn)太土,还是(shì)用CPLD吧,显得高(gāo)档多了
点评:74XX的门电路只几(jǐ)毛钱(qián),而(ér)CPLD至少也得几十(shí)块(kuài),成本提高了(le)N倍不(bú)说,还(hái)给(gěi)生产、文档等工作增添(tiān)数(shù)倍的工作。
错(cuò)误四(sì):这板子的PCB设计要求不(bú)高,就用细一点(diǎn)的线,自动(dòng)布吧
点评:自动布线必然要占(zhàn)用更大(dà)的PCB面积,同时产生比手动布线多好多倍的过孔,在批(pī)量很(hěn)大的(de)产品中,PCB厂家降价所考 虑的因素除了商务因素外,就是(shì)线宽和过孔数量(liàng),它们分(fèn)别影响到PCB的成品率和钻头的消耗数量,节(jiē)约了(le)供应商的成本,也 就给降价(jià)找到(dào)了理由。
错误五:我(wǒ)们这系统是(shì)220V供电,就不用在乎(hū)功耗问题了
点评:低功(gōng)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(de)干扰。
随(suí)着设备温度的降低,器(qì)件寿命则相应延长(半导体(tǐ)器件(jiàn)的工作温度每提高10度,寿命则缩短一(yī)半)。
错误六(liù):这些总线信(xìn)号都用电阻拉一下,感觉放心些
点(diǎn)评:信号需要上下拉的(de)原因很多,但也(yě)不是个个(gè)都要拉。
上(shàng)下拉电阻(zǔ)拉(lā)一个单(dān)纯的(de)输入信号,电流也(yě)就几十微安(ān)以下,但拉(lā)一个被驱动了的信号,其电流将(jiāng)达(dá)毫安级,现在的系统常常 是地址(zhǐ)数(shù)据各(gè)32位,可能还有244/245隔离后的总线及其它信号,都上拉的话(huà),几瓦的功耗就耗在这些电(diàn)阻上了(不要用8毛钱 一度电(diàn)的观念来对待这几瓦的功耗)。
错误七:CPU和FPGA的这些(xiē)不用的I/O口怎(zěn)么处理呢?先让它空着吧(ba),以后再说
点评(píng):不用的I/O口如果悬空的话,受(shòu)外界的一点(diǎn)点干扰就可能(néng)成(chéng)为反复振荡的输(shū)入信(xìn)号了,而(ér)MOS器件的功耗基本(běn)取决于门 电路的(de)翻转(zhuǎn)次(cì)数。
如果把它上拉的(de)话,每个(gè)引脚(jiǎo)也(yě)会有微安(ān)级的电流,所(suǒ)以最好的办法是设成输出(当然外面不能接(jiē)其它有驱动的信号)。
错(cuò)误八:这款FPGA还剩这么多门用不完,可尽情发(fā)挥吧
点评:FGPA的功耗与被(bèi)使用的触发器(qì)数量及其(qí)翻转次数(shù)成(chéng)正比,所以同(tóng)一型号的FPGA在(zài)不同电(diàn)路不同时刻的功耗(hào)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(fāng)法。
错误九:这些小芯片的功耗都很低,不(bú)用(yòng)考虑
点(diǎn)评:对于(yú)内部不太复杂的芯片(piàn)功耗(hào)是很难确定的(de),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(gài)不 到(dào)1毫安,但(dàn)它的指标是(shì)每个脚可驱动60毫安的负载(如匹配几(jǐ)十欧姆的电阻),即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA,当 然只是电源电流这(zhè)么(me)大(dà),热量(liàng)都落到负(fù)载身上(shàng)了。
错误十:存(cún)储(chǔ)器有这么多控(kòng)制信(xìn)号,我(wǒ)这(zhè)块板子只需要用OE和WE信号就可以了,片选就接(jiē)地吧,这样读操作(zuò)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(jiāng)比(bǐ)片选(xuǎn)无效(xiào)时大100倍以上,所(suǒ)以应尽可能使(shǐ)用CS来控制芯 片,并且在满足其它要求(qiú)的情(qíng)况下尽可能缩短(duǎn)片选脉冲的宽度(dù)。
错误十一:这些信号(hào)怎(zěn)么都有过冲啊?只要匹配得好,就(jiù)可消除(chú)了(le)
点评:除了少数(shù)特定信号外(如100BASE-T、CML),都是有过冲的(de),只(zhī)要不(bú)是(shì)很大,并不(bú)一定(dìng)都需要(yào)匹配,即使匹配也并(bìng)非 要匹配得最(zuì)好。
像TTL的输出阻抗不到(dào)50欧姆(mǔ),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(cháng)大了,功耗(hào)是无法接(jiē)受的。
另外信号幅度也将小得不能用,再说一(yī)般信号(hào)在输出(chū)高电平和输出低(dī)电(diàn)平时的(de)输出阻抗并不相同,也办法做到完全匹配。
所以,TTL、LVDS、422等信(xìn)号的匹配(pèi)只(zhī)要做到过冲可以(yǐ)接(jiē)受即可。
错(cuò)误(wù)十二:降低功(gōng)耗都是(shì)硬件人员的事,与软件没关系
点评:硬件只是搭个(gè)舞台,唱戏(xì)的(de)却是软(ruǎn)件,总线上几乎每一个芯(xīn)片的访(fǎng)问、每(měi)一个(gè)信(xìn)号的翻(fān)转(zhuǎn)差不多都由(yóu)软件控制的,如果 软件能减少(shǎo)外(wài)存的访问次数(多使用寄存器变(biàn)量、多使(shǐ)用内部CACHE等)、及(jí)时(shí)响应(yīng)中断(中断往往是低电平有(yǒu)效并带有上 拉电阻)及其(qí)它争对具体单板(bǎn)的特定措(cuò)施都将对降(jiàng)低功耗作出很大的贡献。
错(cuò)误十三:这主频100M的(de)CPU只能处(chù)理70%,换200M主频的就没事了
点评:系(xì)统的处理能(néng)力牵(qiān)涉到多(duō)种(zhǒng)多样(yàng)的因素,在通信业务中其(qí)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。
错误十四: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(xì)统性能(néng)的提高,在某些情(qíng)况下关闭CACHE反(fǎn)而比使用CACHE还快。
原(yuán)因是搬到CACHE中的(de)数据必须得(dé)到多次重复(fù)使用才会提高系统效(xiào)率。
所以在通信系统中(zhōng)一般只打(dǎ)开指令CACHE,数据CACHE即使打开也只局限在部分(fèn)存储空(kōng)间,如(rú)堆栈部分。
同时也要求程序设计(jì)要兼顾(gù)CACHE的容量及块大小,这(zhè)涉(shè)及到关键(jiàn)代码循环体的长度及跳转(zhuǎn)范围(wéi),如果一个循环刚好比
CACHE大那么一点(diǎn)点,又(yòu)在反(fǎn)复循环(huán)的话,那就惨(cǎn)了。
错(cuò)误十五:一个(gè)CPU处理不(bú)过来(lái),就用(yòng)两(liǎng)个分布处(chù)理(lǐ),处理能力可(kě)提高(gāo)一倍(bèi)
点评:对于搬(bān)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(rén)只(zhī)能帮倒忙。
使用几个CPU需对(duì)业务有(yǒu)较(jiào)多的了(le)解后才能(néng)确(què)定,尽量减少(shǎo)两(liǎng)个CPU间协调的代(dài)价,使1+1尽可能(néng)接近2,千万别小于1。
错(cuò)误十六:这个CPU带有DMA模块,用它来(lái)搬数(shù)据肯定快
点评:真正(zhèng)的DMA是由硬件抢占(zhàn)总线后同时启动两端设(shè)备,但(dàn)很多(duō)嵌入CPU内的DMA只是模拟而已,启(qǐ)动每一(yī)次DMA之前要 做(zuò)不少准备工作(设起始(shǐ)地址和长度等)。
在(zài)传输(shū)时往(wǎng)往是(shì)先读到芯片内暂存,然后再写(xiě)出(chū)去,即搬一(yī)次(cì)数据(jù)需(xū)两个时钟(zhōng)周期,比软件来搬要快一些(xiē)(不(bú)需要取指令,没 有(yǒu)循(xún)环跳转等额外工作(zuò))。
但(dàn)如果(guǒ)一(yī)次只搬几个字节(jiē),还要做一堆准(zhǔn)备工(gōng)作(zuò),一般还涉及函数调用,效率(lǜ)并不高。所以(yǐ)这种DMA只对大数据块才适(shì)用。
错误十七:为保证干净的电源,去偶电容是多多益(yì)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(yǒu)不利(lì)因素:浪费成(chéng)本、布线困难、上(shàng)电冲击电流太大等。
去偶(ǒu)电容的设计(jì)关(guān)键(jiàn)是要选对容量并且放对地(dì)方,一般的芯片手(shǒu)册都有争对去偶(ǒu)电容的设(shè)计参考(kǎo),最(zuì)好按手册去做。
错误十八:用户操作错误发生(shēng)问题就(jiù)不(bú)能怪我了
点评:要求用户严格按手册(cè)操作是没错的,但用户是人,就有犯错的(de)时候,不能(néng)说碰错一个键就(jiù)死机,插错一个插(chā)头就烧板子。所以(yǐ)对用户可能(néng)犯的各种错误必须(xū)加以保护!
错(cuò)误十九:这板子坏(huài)的原因是对端的板子出(chū)问题(tí)了(le),也不是(shì)我的责任
点评:对于各种对外的硬件接口应有足(zú)够的兼容性,不能因为对方(fāng)信号不正常(cháng),你就(jiù)歇着了(le)。
它不正常只(zhī)应影(yǐng)响到与其有关的(de)那(nà)部分功能,而其它功能应能正(zhèng)常工作,不应(yīng)彻(chè)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(cháng)。。
错(cuò)误二十:我(wǒ)们的系(xì)统要求这么高,包(bāo)括MEM、CPU、FPGA等所(suǒ)有(yǒu)的芯片都要选最快的
点评:在一个高速系统(tǒng)中并(bìng)不是(shì)每(měi)一部分都工作在高速状态,而器件(jiàn)速度每提高一个等级,价格差不多要翻倍,另外(wài)还给信号 完整性问题(tí)带来极大的负(fù)面影(yǐng)响。
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