這些問題電子工程師經(jīng)常容易犯糊涂

　　電子工程師指從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)研究、教學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計、科技開發(fā)、生產(chǎn)和管理等工作的高級工程技術(shù)人才。一般分為硬件工程師和軟件工程師。

　　硬件工程師：主要負(fù)責(zé)電路分析、設(shè)計；并以電腦軟件為工具進(jìn)行PCB設(shè)計，待工廠PCB制作完畢并且焊接好電子元件之后進(jìn)行測試、調(diào)試；

　　軟件工程師：主要負(fù)責(zé)單片機(jī)、DSP、ARM、FPGA等嵌入式程序的編寫及調(diào)試。FPGA程序有時屬硬件工程師工作范疇。

　　是人就會犯錯，何況是工程師呢？雖然斗轉(zhuǎn)星移，工程師們卻經(jīng)常犯同樣的錯誤！下面，就請各位對號入座，看看自己有沒有中招。

　　這些拉高/拉低的電阻用多大的阻值關(guān)系不大，就選個整數(shù)5K吧

　　點評：市場上不存在5K的阻值，最接近的是 4.99K（精度1%），其次是5.1K（精度5%），其成本分別比精度為20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的電阻阻值只有1、1.5、2.2、 3.3、4.7、6.8幾個類別（含10的整數(shù)倍）；類似地，20%精度的電容也只有以上幾種值，如果選了其它的值就必須使用更高的精度，成本就翻了幾 倍，卻不能帶來任何好處。

　　這部分電路只要要求軟件這樣設(shè)計就不會有問題

　　點評：硬件上很多電氣特性直接受軟件控制，但軟件是經(jīng)常發(fā)生意外的，程序跑飛了之后無法預(yù)料會有什么操作。設(shè)計者應(yīng)確保不論軟件做什么樣的操作硬件都不應(yīng)在短時間內(nèi)發(fā)生永久性損壞。

　　這點邏輯用74XX的門電路搭也行，但太土，還是用CPLD吧，顯得高檔多了

　　點評：74XX的門電路只幾毛錢，而CPLD至少也得幾十塊。成本提高了N倍不說，還給生產(chǎn)、文檔等工作增添數(shù)倍的工作。

　　這板子的PCB設(shè)計要求不高，就用細(xì)一點的線，自動布吧

　　點評：自動布線必然要占用更大的PCB面積，同時產(chǎn)生比手動布線多好多倍的過孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB廠家降價所考慮的因素除了商務(wù)因素外，就是線寬和過孔數(shù)量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應(yīng)商的成本，也就給降價找到了理由。

　　我們這系統(tǒng)是220V供電，就不用在乎功耗問題了

　　點評：低功耗設(shè)計并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設(shè)備溫度的降低，器件壽命則相應(yīng)延長（半導(dǎo)體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半）

　　這些總線信號都用電阻拉一下，感覺放心些

　　點評：信號需要上下拉的原因很多，但也不是個個都要拉。上下拉電阻拉一個單純的輸入信號，電流也就幾十微安以下，但拉一個被驅(qū)動了的信號，其電流將達(dá)毫安 級，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245隔離后的總線及其它信號，都上拉的話，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了（不要用8毛錢一度電 的觀念來對待這幾瓦的功耗）。

　　CPU和FPGA的這些不用的I/O口怎么處理呢？先讓它空著吧，以后再說

　　點評：不用的I/O口如果懸空的話，受外界的一點點干擾就可能成為反復(fù)振蕩的輸入信號了，而MOS器件的功耗基本取決于門電路的翻轉(zhuǎn)次數(shù)。如果把它上拉的話，每個引腳也會有微安級的電流，所以最好的辦法是設(shè)成輸出（當(dāng)然外面不能接其它有驅(qū)動的信號）

　　這款FPGA還剩這么多門用不完，可盡情發(fā)揮吧

　　點評：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉(zhuǎn)次數(shù)成正比，所以同一型號的FPGA在不同電路不同時刻的功耗可能相差100倍。盡量減少高速翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法。

　　這些小芯片的功耗都很低，不用考慮

　　點 評：對于內(nèi)部不太復(fù)雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定，一個ABT16244，沒有負(fù)載的話耗電大概不到1毫安，但它的指標(biāo)是每個腳可 驅(qū)動60毫安的負(fù)載（如匹配幾十歐姆的電阻），即滿負(fù)荷的功耗最大可達(dá)60*16=960mA，當(dāng)然只是電源電流這么大，熱量都落到負(fù)載身上了。

　　存儲器有這么多控制信號，我這塊板子只需要用OE和WE信號就可以了，片選就接地吧，這樣讀操作時數(shù)據(jù)出來得快多了。

　　點評：大部分存儲器的功耗在片選有效時（不論OE和WE如何）將比片選無效時大100倍以上，所以應(yīng)盡可能使用CS來控制芯片，并且在滿足其它要求的情況下盡可能縮短片選脈沖的寬度。

　　這些信號怎么都有過沖啊？只要匹配得好，就可消除了

　　點評：除了少數(shù)特定信號外（如100BASE-T、CML），都是有過沖的，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的輸 出阻抗不到50歐姆，有的甚至20歐姆，如果也用這么大的匹配電阻的話，那電流就非常大了，功耗是無法接受的，另外信號幅度也將小得不能用，再說一般信號 在輸出高電平和輸出低電平時的輸出阻抗并不相同，也辦法做到完全匹配。所以，TTL、LVDS、422等信號的匹配只要做到過沖可以接受即可。

　　降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關(guān)系

　　點 評：硬件只是搭個舞臺，唱戲的卻是軟件，總線上幾乎每一個芯片的訪問、每一個信號的翻轉(zhuǎn)差不多都由軟件控制的，如果軟件能減少外存的訪問次數(shù)（多使用寄存 器變量、多使用內(nèi)部CACHE等）、及時響應(yīng)中斷（中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻）及其它爭對具體單板的特定措施都將對降低功耗作出很大的獻(xiàn)。

　　這主頻100M的CPU只能處理70%，換200M主頻的就沒事了

　　點評：系統(tǒng)的處理能力牽涉到多種多樣的因素，在通信業(yè)務(wù)中其瓶頸一般都在存儲器上，CPU再快，外部訪問快不起來也是徒勞。

　　CPU用大一點的CACHE，就應(yīng)該快了

　　點 評：CACHE的增大，并不一定就導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關(guān)閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數(shù)據(jù)必須得到多次 重復(fù)使用才會提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開指令CACHE，數(shù)據(jù)CACHE即使打開也只局限在部分存儲空間，如堆棧部分。同時也要求程序設(shè)計 要兼顧C(jī)ACHE的容量及塊大小，這涉及到關(guān)鍵代碼循環(huán)體的長度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個循環(huán)剛好比CACHE大那么一點點，又在反復(fù)循環(huán)的話，那就慘了。

　　一個CPU處理不過來，就用兩個分布處理，處理能力可提高一倍

　　點評：對于搬磚頭來說，兩個人應(yīng)該比一個人的效率高一倍；對于作畫來說，多一個人只能幫倒忙。使用幾個CPU需對業(yè)務(wù)有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個CPU間協(xié)調(diào)的代價，使1+1盡可能接近2，千萬別小于1。

　　這個CPU帶有DMA模塊，用它來搬數(shù)據(jù)肯定快

　　點評：真正的DMA是由硬件搶占總線后同時啟動兩端設(shè)備，在一個周期內(nèi)這邊讀，那邊些。但很多嵌入CPU內(nèi)的DMA只是模擬而已，啟動每一次DMA之前要做 不少準(zhǔn)備工作（設(shè)起始地址和長度等），在傳輸時往往是先讀到芯片內(nèi)暫存，然后再寫出去，即搬一次數(shù)據(jù)需兩個時鐘周期，比軟件來搬要快一些（不需要取指令， 沒有循環(huán)跳轉(zhuǎn)等額外工作），但如果一次只搬幾個字節(jié)，還要做一堆準(zhǔn)備工作，一般還涉及函數(shù)調(diào)用，效率并不高。所以這種DMA只對大數(shù)據(jù)塊才適用。

　　為保證干凈的電源，去偶電容是多多益善

　　點評：總的來說去偶電容越多電源當(dāng)然會更平穩(wěn)，但太多了也有不利因素：浪費成本、布線困難、上電沖擊電流太大等。去偶電容的設(shè)計關(guān)鍵是要選對容量并且放對地方，一般的芯片手冊都有爭對去偶電容的設(shè)計參考，最好按手冊去做。

　　信號匹配真麻煩，如何才能匹配好呢？

　　點 評：信號產(chǎn)生反射的原因是線路阻抗的不均勻造成的，匹配的目的就是為了 使驅(qū)動端、負(fù)載端及傳輸線的阻抗變得接近，但能否匹配得好，與信號線在PCB上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有很大關(guān)系，傳輸線上的一條分支、一個過孔、一個拐角、一個接 插件、不同位置與地線距離的改變等都將使阻抗產(chǎn)生變化，而且這些因素將使反射波形變得異常復(fù)雜，很難匹配，因此高速信號僅使用點到點的方式，盡可能地減少 過孔、拐角等問題。

　　用戶操作錯誤發(fā)生問題就不能怪我了

　　點評：要求用戶嚴(yán)格按手冊操作是沒錯的，但用戶是人，就有犯錯的時候，不能說碰錯一個鍵就死機(jī)，插錯一個插頭就燒板子。所以對用戶可能犯的各種錯誤必須加以保護(hù)。

　　這板子壞的原因是對端的板子出問題了，也不是我的責(zé)任

　　點評：對于各種對外的硬件接口應(yīng)有足夠的兼容性，不能因為對方信號不正常，你就歇著了。它不正常只應(yīng)影響到與其有關(guān)的那部分功能，而其它功能應(yīng)能正常工作，不應(yīng)徹底罷工，甚至永久損壞，而且一旦接口恢復(fù)，你也應(yīng)立即恢復(fù)正常。

　　我們的系統(tǒng)要求這么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要選最快的。

　　點評：在一個高速系統(tǒng)中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個等級，價格差不多要翻倍，另外還給信號完整性問題帶來極大的負(fù)面影響。

　　最后講一下電容小知識，也是工程師容易犯錯誤的。

　　為什么兩個電容并聯(lián)：

　　一是：同種類型的電容并聯(lián)作用主要是擴(kuò)容；

　　二是：不同種類型的電容并聯(lián)一般是一個感性強(qiáng)、一個感性弱。

　　小容量電容高頻信號易通過，大容量電容低頻信號易通過。大電容在低頻時能提供好的通路，而在高頻時由于其寄生電感的存在阻抗將變大而無法提供濾波通路，所以大電容不能濾高頻，而小電容在低頻時阻抗太大而無法提供濾波通路，所以不能共同一電容濾高頻和低頻。

　　電容并聯(lián)的好處：在于增大容值，減小容抗。并聯(lián)數(shù)量越多，效果越明顯，不過成本就越高。 電解是用來濾低頻，陶瓷是用來濾高頻的。此外，電解有漏電電流，所以后面在接陶瓷來消除漏電流的。

　　在開關(guān)電源中，兩個電容并聯(lián)的作用為電容大的那個是用來濾波的，小的那個電容是用來消除大的電容在高頻時產(chǎn)生的感性特性的！

　　電容的作用（四類常見）

　　1、濾波作用：在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。

　　2、耦合作用：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合．為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。

　　3、退耦電容：并接于放大電路的電源正負(fù)極之間，防止由電源內(nèi)阻形成的正反 饋而引起的寄生振蕩。

　　4、旁路電容：在交直流信號的電路中，將電容并接在電阻兩端或由電路的某點跨接到公共電位上，為交流信號或脈沖信號設(shè)置一條通路，避免交流信號成分因通過電阻產(chǎn)生壓降衰減。

　　最后，希望這篇文章對工程師有些幫助！

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