工控电路板设计过程中的常见误区 - 潘学礼工控博客工控论坛

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发表人：windy糖

发表时间：2019/5/27 18:08:00

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本栏论题：

工控电路板设计过程中的常见误区 [4218]

    工控电路板是指工业控制所专用的或通用的电路板，一般的工控电路板底层的电路都是做好了的，预留有IO，买了工控电路板后，在电路板上预留的输入输出口接上用户自己的器件，比如电机，电磁阀，传感器从而完成自己想要完成的功能。

    　　在工控电路板设计过程中，有几个常见的误区：

    　　误区一：这板子的PCB设计要求不高，就用细一点的线，自动布吧

    　　解读：自动布线必然要占用更大的PCB面积，同时产生比手动布线多好多倍的过孔，在批量很大的产品中，PCB厂家降价所考虑的因素除了商务因素外，就是线宽和过孔数量，它们分别影响到PCB的成品率和钻头的消耗数量，节约了供应商的成本，也就给降价找到了理由。

    　　误区二：这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些。

    　　解读：电路设计的14个误区解读：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，现在的系统常常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都上拉的话，几瓦的功耗就耗在这些电阻上了。

    　　误区三：CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢?先让它空着吧，以后再说。

    　　解读：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个引脚也会有微安级的电流，所以最好的办法是设成输出(当然外面不能接其它有驱动的信号)

    　　现象四：这款FPGA还剩这么多门用不完，可尽情发挥吧

    　　解读：FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比，所以同一型号的FPGA在不同电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根本方法。

    　　误区五：这些小芯片的功耗都很低，不用考虑

    　　解读：对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，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不到1毫安，但它的指标是每个脚可驱动60毫安的负载(如匹配几十欧姆的电阻)，即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA，当然只是电源电流这么大，热量都落到负载身上了。

    　　误区六：存储器有这么多控制信号，我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了，片选就接地吧，这样读操作时数据出来得快多了。

    　　解读：大部分存储器的功耗在片选有效时(不论OE和WE如何)将比片选无效时大100倍以上，所以应尽可能使用CS来控制芯片，并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的宽度。

    　　误区七：这些信号怎么都有过冲啊?只要匹配得好，就可消除了

    　　解读：除了少数特定信号外(如100BASE-T、CML)，都是有过冲的，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的输出阻抗不到50欧姆，有的甚至20欧姆，如果也用这么大的匹配电阻的话，那电流就非常大了，功耗是无法接受的，另外信号幅度也将小得不能用，再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同，也没办法做到完全匹配。所以对TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。

    　　误区八：降低功耗都是硬件人员的事，与软件没关系。

    　　解读：硬件只是搭个舞台，唱戏的却是软件，总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的翻转差不多都由软件控制的，如果软件能减少外存的访问次数(多使用寄存器变量、多使用内部CACHE等)、及时响应中断(中断往往是低电平有效并带有上拉电阻)及其它争对具体单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的贡献。

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