硬件專家的PCB設計經驗分享

1：節省成本

現象一：這些上拉/下拉電阻阻值有多大并不重要，我們選擇5K的整數

點評：市面上沒有5K電阻。 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%精度的電阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8（包括10的整數倍）； 同樣，精度為20%的電容也只有上述數值。 如果選擇其他值，則必須使用更高的精度，成本會成倍增加，但不能帶來任何好處。

現象二：面板上的指示燈是什么顏色？ 我覺得藍色很特別，所以選它

點評：其他顏色，如紅、綠、黃、橙，無論大小（小于5MM），都已經成熟了幾十年，價格一般在50美分以內，而藍色則是最近才發明的東西 三四年。 技術成熟度和供應穩定性較差，但價格卻高出四五倍。 目前藍色指示燈僅用于其他顏色無法替代的場合，例如顯示視頻信號

現象三

點評：74XX的門電路才幾毛錢，而CPLD至少要幾十塊錢（GAL/PAL才幾塊錢，但公司不推薦）。 成本增加了N倍。 也給制作、文檔等工作增加了數倍的工作量。

現象四：我們的系統要求這么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有芯片都要選擇最快的

點評：在高速系統中，并不是每個部分都工作在高速狀態。 設備的速度每提高一個級別，價格幾乎就會翻倍。 此外，它還給信號完整性帶來很大的負面影響。

現象五：該板PCB設計要求不高，所以采用較細的線路自動布

點評：自動布線必然會占用更大的PCB面積，并且產生的過孔比手動布線多很多倍。 在大批量的產品中，PCB廠商降價考慮的因素除了商業因素外，還有線寬和過孔數量。 它們分別影響PCB的良率和鉆頭的消耗，節省供應商的成本，從而找到降價的理由。

現象六：只要程序穩定，代碼長、效率低并不重要

點評：CPU速度和內存空間都是用錢買來的。 如果寫代碼的時候多花幾天時間來提高程序效率，降低CPU頻率和內存容量所節省的成本絕對是劃算的。 CPLD/FPGA 設計類似。

2：低功耗設計

現象一：我們的系統是220V供電，所以我們不關心功耗

點評：低功耗設計不僅是為了節省電量，也是為了降低電源模塊和散熱系統的成本。 電流的減少也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。 隨著器件溫度的降低，器件的壽命也會相應延長（工作溫度每升高10℃，半導體器件的壽命將縮短一半）

現象二：這些總線信號是有阻力拉的，這讓我放心了

點評：信號需要上拉和下拉的原因有很多，但并不是所有的情況都需要上拉和下拉。 上下拉動電阻來拉動一個簡單的輸入信號，電流就會小于幾十微安。 但拉一個驅動信號，電流就會達到毫安級。 當今的系統通常使用 32 位地址數據，并可能使用 244/245 隔離總線和其他信號。 如果拉起來的話，幾瓦的功耗就會被這些電阻消耗掉（不要用每千瓦80分錢的概念來對待這幾瓦的功耗）。

現象三：CPU和FPGA這些未使用的I/O口如何處理？ 先讓它為空，然后

注釋：如果將未使用的I/O端口懸空，來自外界的一點干擾就可能成為反復振蕩的輸入信號。 MOS器件的功耗基本上取決于門電路的翻轉次數。 如果拉高的話，每個引腳也會有微安電流，所以最好的辦法就是設置為輸出（當然外面不能接其他驅動信號）

現象四：這個FPGA還剩下這么多門，你可以盡情發揮

點評：FGPA的功耗與所使用的觸發器數量和翻轉次數成正比，因此同一類型的FPGA在不同電路中不同時刻的功耗可能相差100倍。 盡量減少觸發器的數量是降低FPGA功耗的根本途徑。

現象五：這些小芯片的功耗很低，無需考慮

點評：內部不太復雜的芯片很難確定其功耗。 主要由引腳上的電流決定。 一顆ABT16，244在無負載的情況下消耗電流不到1mA，但它的指標是每個引腳可以驅動60mA的負載（比如匹配幾十歐的電阻）。 即滿載最大功耗可達60*16=960mA。 當然，電源電流太大，熱量落在負載上。

現象六：內存中控制信號過多。 我只需要在這塊板上使用 OE 和 WE 信號。 只需將芯片選擇接地，這樣在讀取操作期間數據就會更快地輸出。

點評：大多數存儲器在片選有效時（無論OE和WE）的功耗會比片選無效時大100倍以上。 因此，應盡可能采用CS來控制芯片，在滿足其他要求的情況下，片選脈沖的寬度應盡可能縮短。

現象七：為什么這些信號會超調？ 只要比賽好就可以淘汰

點評：除少數特定信號（如100BASE-T和CML）外，均存在過沖現象。 只要不是很大，就不需要匹配，即使匹配不是最好的。 例如TTL的輸出阻抗小于50歐姆，有的甚至20歐姆。 如果還使用這么大的匹配電阻，電流會很大，功耗難以接受，而且信號幅度會太小而無法使用。 另外，一般信號在高輸出電平和低輸出電平時的輸出阻抗是不一樣的，沒有辦法做到完全匹配。 因此，TTL、LVDS、422等信號的匹配只要能實現過沖即可。