エンジニアが PCB 設計で犯しがちな最も一般的な間違い

エンジニアリングのミスは決して避けられません。これらの間違いが、PCB 設計能力の低レベルまたは卓越性の欠如を表していると信じるのは愚かなことではありません。しかし、エンジニアが犯しがちな過ちのほとんどは、システム効率、シグナル インテグリティ、低エネルギー消費、およびコスト削減に関する過剰な考慮に由来しています。言い換えれば、それらの間違いは「優しさ」の結果です。したがって、「親切」を意識し、それらの間違いをタイムリーに回避することは、プロジェクトの円滑な実施に非常に役立ちます。

システム効率

間違い 1:CPU のランダムな変更

一部のエンジニアは、基本周波数が 100M の CPU の処理能力が 70% しかないことに気付き、それを 200M に変更したいと考えています。実際、システムの処理能力にはさまざまな要素が含まれており、通信の分野では常にメモリ上で問題が発生します。つまり、CPU の速度は速くても、外部からのアクセスは低速であり、無駄な努力をすることになります。 .

間違い 2:キャッシュが大きいほど、システムの速度が速くなります。

キャッシュの改善が必ずしもシステムの高性能化につながるとは限らず、システムの効率が上がらない限り、キャッシュに移動されたデータは複数のアプリケーションを取得する必要があるため、キャッシュのシャットダウンがアプリケーションよりもシステムの高速化につながる場合があります。したがって、通常、コマンド キャッシュのみが開かれますが、データ キャッシュは開かれたとしても部分的なストレージ スペースでのみ制限されます。

間違い 3:クエリよりも割り込みの方が速いと思い込んでいる。

中断は瞬間性が強いですが、必ずしも速いとは限りません。中断ミッションが多すぎると、中断ミッションの不連続によりシステムがすぐに崩壊します。頻繁に実行されるタスクが多数ある場合、多くの CPU エフォートが割り込みのコストに費やされるため、システムの効率が非常に低下します。代わりにクエリを適用すると、システムの効率が大幅に向上します。ただし、クエリが即時性の要件を満たさない場合があるため、中断の過程でクエリを適用するのが最善の方法です。

間違い 4:メモリ インターフェイスでのタイム シーケンスを変更する必要はありません。

メモリ インターフェイスでのデフォルト値はすべて最も保守的なパラメータによって決定され、実際のアプリケーションでは、バスの動作周波数と待機時間に応じて合理的に変更する必要があります。頻度を減らすと、効率が向上する場合があります。

間違い 5:CPU を増やすと、処理能力が向上します。

1つよりも2つの方が優れているとよく言われます。 CPU の場合、通常は当てはまりません。 CPU 間の調整には多額の費用がかかる可能性があるため、システムを完全に理解するまで CPU の数を決定することはできません。

シグナル インテグリティ

間違い 1:シミュレーション データを信じすぎる。

シミュレーションは決して実物と同じではなく、同一ロットでも同一製品間で差異が生じる場合があります。さらに、シミュレーションではすべての可能性、特にクロストークが考慮されていません。したがって、シミュレーション結果はあくまでも参考程度に考えてください。

間違い 2:デジタル信号のエッジはできるだけ急勾配にする必要があります。

エッジが急峻であるほど、スペクトル範囲が広くなり、高周波部分のエネルギーが多くなります。その間、より多くの放射高周波信号が生成され、リード上の伝送品質が悪い他の信号と簡単に干渉します。したがって、低速チップをできるだけ多く適用する必要があります。

間違い 3:デカップリング コンデンサはできるだけ多くする必要があります。

一般に、デカップリング コンデンサの数が多いほど、電力が安定します。ただし、コンデンサが多すぎると、コストの浪費、配線の困難さ、電力インパルス電流が大きすぎるなどの欠点も生じます。デカップリング キャパシタンス設計の鍵は、正しい選択と配置にあります。

エネルギー消費量

間違い 1:220V 電源の場合のエネルギー消費の問題を無視

低消費電力設計の目的は、省電力だけでなく、パワーモジュールや放熱システムのコストダウンにもあります。エネルギー消費は主に電流量とコンポーネントの温度によって決まるため、エネルギー消費の問題に対処する際に電源を考慮するだけでは明らかに不十分です。

間違い 2:すべてのバス信号を抵抗器でプルする必要があります。

場合によっては、信号を抵抗でプルする必要がありますが、すべてではありません。ピュアがプルアップまたはプルダウンされるときに消費される電流はわずか数十マイクロアンペアですが、ドライブされた信号のプルアップまたはダウンに消費される電流はミリアンペアのレベルに達します。すべての信号が抵抗によってプルされる場合、抵抗でより多くのエネルギーを消費する必要があります。

間違い 3:未使用の I/O インターフェイスを未使用のままにしておく

CPU や FPGA の未使用の I/O インターフェイスは、外部環境からの干渉が少しでもあると、発振を繰り返す入力信号になる可能性があります。また、MOS部品の消費電力は基本的にゲート回路の反転時間に依存します。したがって、これに対する最善の解決策は、これらのインターフェイスを出力として設定することです。このインターフェイスは、ドライバーで信号に接続してはなりません。

間違い 4:小さなチップのエネルギー消費を考慮しない

エネルギー消費は一般にピンの電流によって決まるため、システム内の比較的単純なチップのエネルギー消費を特定することは困難です。たとえば、ABT16244 の消費電力は負荷なしで 1mA 未満です。ただし、各ピンは 60mA の負荷を駆動できます。つまり、全負荷での最大エネルギー消費は 960mA に達する可能性があります。エネルギー消費量に大きな差が生じます。

間違い 5:優れたマッチングにより、オーバーシュートを解消できます。

オーバーシュートは、100BASE-T や CML などの一部の特殊な信号を除いて、ほぼすべての信号に存在します。それほど大きくない限り、マッチングは必要ありません。マッチングによって非常に高い要求が喚起されます。たとえば、TTL の出力インピーダンスは 50Ω 未満、場合によっては 20Ω であり、そのような大きな整合が実装されると、電流が非常に大きくなり、エネルギー消費がそれを受け入れられなくなります。さらに、信号振幅が非常に小さいため、再使用できません。ところで、通常の信号がハイレベルとローレベルを出力するときの出力インピーダンスは同じではなく、完全なマッチングも得られません。したがって、TTL、LVDS、および 422 などの信号間のマッチングは、オーバーシュートを許容できる可能性があり、これが最適なソリューションです。

間違い 6:エネルギー消費の問題はハードウェアのみに起因する。

システムにおいて、ハードウェアは舞台を確立する役割を担い、ソフトウェアは演劇において重要な役割を果たします。各チップの訪問と各信号の反転は、ほぼソフトウェアによって制御されます。適切な対策を実施することで、エネルギー消費量の削減に大きく貢献します。

コスト削減

間違い 1:プルアップ/プルダウン抵抗の抵抗精度を無視

一部のエンジニアは、プルアップ/プルダウン抵抗の抵抗精度は重要ではないと考えています。たとえば、計算が簡単なため、ランダムに 5K を選択する傾向があります。しかし、実際には部品市場に5Kの耐性は存在せず、最も近いのは4.99K(精度1%)と5.1K(精度5%)で、それぞれ4倍と2倍のコストがかかります。 4.7K (精度は 20%)。とはいえ、精度20％の抵抗器は1K、1.5K、2.2K、3.3K、4.7K、6.8Kのタイプしかありません。 20% の精度の 4.7K と比較して、1% の精度の 4.99K または 5.1K では、前者は明らかに費用対効果が高いです。

間違い 2:表示灯の色をランダムに選択

一部のエンジニアは、好みに基づいて光の色を示します。ただし、赤、緑、黄、またはオレンジ色のライトを表示する技術は、数年前から開発されています。さらに、それらの価格は非常に低いです。逆に、青色の表示灯は、技術の成熟度が比較的低く、供給の信頼性が低く、価格が 4 ～ 5 倍高くなります。これまで、青色の表示灯は、ビデオ信号の表示など、他の色を置き換えることができない状況でのみ使用されていました.

間違い 3:トップグレードだけに CPLD を適用する

一部のエンジニアは、最上位グレードの 74** のゲート回路の代わりに CPLD を適用しています。ただし、コストが高くなり、生産とファイルの作業が多くなります。

間違い 4:最速の MEM、CPU、FPGA を目指す

高いシステム要件に直面したエンジニアは、MEM、CPU、FPGA などのすべてのチップが最速でなければならないと考えています。実際のところ、高速システムでは、すべての部品が高速で動作しているわけではありません。さらに、コンポーネントの動作速度の向上は、コストの増加とシグナル インテグリティへの多大な干渉につながります。

間違い 5:自動ルーティングだけに頼る

設計要件の低い PCB 設計では、一部のエンジニアは自動配線のみに依存しています。自動ルーティングは、手動ルーティングの適用よりも何倍も大きい PCB 領域とスルーホール ビアを引き起こす傾向があります。線幅やスルーホールビアの数は、PCBの歩留まりやドリラーの消費量に直接影響するため、コストに大きく影響します。コストを抑えるには、手動ルーティングを最大限に活用することをお勧めします。

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