Principaux pièges de conception PCB que les ingénieurs doivent éviter

Les erreurs d'ingénierie ne peuvent jamais être évitées. Ne soyez pas naïf au point de croire que ces erreurs représentent un niveau bas ou un manque d'excellence en matière de conception PCB. Cependant, la plupart des erreurs que les ingénieurs ont tendance à commettre découlent de leurs considérations excessives en termes d'efficacité du système, d'intégrité du signal, de faible consommation d'énergie et d'économie de coûts. En d'autres termes, ces erreurs résultent de la « bonne intention ». Par conséquent, la prise de conscience de cette « bonne intention » et l'évitement opportun de ces erreurs sont grandement bénéfiques pour la mise en œuvre fluide de vos projets.

Efficacité du système

Erreur 1 : Changement aléatoire du CPU

Certains ingénieurs observent qu'un CPU avec une fréquence de base de 100 MHz a une capacité de traitement de seulement 70 % et aimeraient le remplacer par un 200 MHz. En fait, la capacité de traitement du système implique toutes sortes d'éléments et dans le domaine des communications, la difficulté survient toujours sur la mémoire, ce qui signifie qu'en dépit de la haute vitesse du CPU, c'est encore un gaspillage d'efforts avec un accès externe à basse vitesse.

Erreur 2 : Un cache plus grand entraîne une vitesse système plus élevée

L'amélioration du cache ne mène pas nécessairement à une haute performance du système et parfois la désactivation du cache conduit à une vitesse système plus élevée que son application, car les données déplacées dans le cache doivent obtenir de multiples applications à moins que l'efficacité du système ne soit augmentée. Par conséquent, généralement seul le cache de commandes est activé tandis que le cache de données n'est limité qu'à un espace de stockage partiel même s'il est activé.

Erreur 3 : Croire que l'interruption est plus rapide que l'interrogation

L'interruption a une forte instantanéité mais elle n'est pas nécessairement rapide. S'il y a trop de missions d'interruption, le système s'effondrera bientôt en raison de la discontinuité des missions d'interruption. S'il y a de nombreuses tâches fréquentes, de nombreux efforts du CPU seront dépensés sur le coût des interruptions, de sorte que l'efficacité du système sera extrêmement lente. Si l'interrogation est appliquée à la place, l'efficacité du système s'améliorera grandement. Cependant, parfois, l'interrogation ne répond pas à l'exigence d'instantanéité, donc la meilleure méthode est d'appliquer l'interrogation dans le processus d'interruption.

Erreur 4 : La séquence temporelle aux interfaces mémoire n'a pas besoin d'être modifiée

La valeur par défaut aux interfaces mémoire est toutes déterminée par les paramètres les plus conservateurs et dans l'application pratique, elle doit être raisonnablement modifiée conformément à la fréquence de fonctionnement du bus et à la période d'attente. Parfois, la diminution de la fréquence peut améliorer l'efficacité.

Erreur 5 : Plus de CPUs aideront à augmenter la capacité de traitement

On dit souvent que deux têtes valent mieux qu'une. Pour les CPUs, ce n'est généralement pas vrai. Le nombre de CPUs ne peut être déterminé qu'après une compréhension complète du système, car la coordination entre CPUs peut coûter cher.

Intégrité du signal

Erreur 1 : Sur-croire aux données de simulation

La simulation ne peut jamais être la même que l'objet pratique et des différences peuvent survenir parmi les mêmes produits même dans le même lot. De plus, la simulation ne prend pas en compte toutes les possibilités, en particulier le diaxtalk. Par conséquent, le résultat de simulation ne peut être considéré que comme une référence.

Erreur 2 : Le front du signal numérique doit être aussi raide que possible

Plus le front est raide, plus la plage spectrale sera large et plus l'énergie dans la partie haute fréquence sera importante. Parallèlement, plus les signaux haute fréquence produiront de rayonnement et ils interféreront facilement avec d'autres signaux avec une mauvaise qualité de transmission sur les pistes. Par conséquent, des puces basse vitesse devraient être appliquées autant que possible.

Erreur 3 : Le condensateur de découplage doit être aussi nombreux que possible

En général, plus il y a de condensateurs de découplage, plus l'alimentation sera stable. Cependant, trop de condensateurs entraîneront également des inconvénients tels que gaspillage de coûts, routage difficile et courant d'impulsion d'alimentation trop important. La clé de la conception de capacité de découplage réside dans la sélection et le placement corrects.

Consommation d'énergie

Erreur 1 : Négliger la consommation d'énergie dans le cas d'une alimentation 220 V

Le but de la conception à faible consommation d'énergie ne réside pas seulement dans l'économie d'énergie, mais aussi dans la diminution du coût du module d'alimentation et du système de dissipation thermique. Il est évidemment insuffisant de considérer l'alimentation lorsqu'on traite les problèmes de consommation d'énergie, car la consommation d'énergie est principalement déterminée par la quantité de courant et la température des composants.

Erreur 2 : Tous les signaux de bus doivent être tirés par des résistances

Parfois, les signaux ont besoin d'être tirés par des résistances, mais pas tous. Le courant consommé lorsqu'un signal pur est tiré vers le haut ou vers le bas est de seulement quelques dizaines de microampères, tandis que le courant consommé pour tirer vers le haut ou vers le bas un signal piloté atteint le niveau du milliampère. Si tous les signaux sont tirés par des résistances, plus d'énergie doit être consommée sur les résistances.

Erreur 3 : Laisser les interfaces I/O inutilisées sans utilisation

Les interfaces I/O inutilisées sur le CPU et le FPGA deviendront éventuellement des signaux d'entrée avec des oscillations répétées lorsqu'elles subissent même une petite interférence de l'environnement externe. De plus, la consommation d'énergie des composants MOS dépend essentiellement du nombre de renversements du circuit de grille. Par conséquent, la meilleure solution est de définir ces interfaces comme sorties qui ne doivent pas être connectées à des signaux avec drivers.

Erreur 4 : Sans considérer la consommation d'énergie des petites puces

Il est difficile de déterminer la consommation d'énergie de puces relativement simples à l'intérieur du système, car la consommation d'énergie est généralement déterminée par le courant sur les broches. Par exemple, la consommation d'énergie de l'ABT16244 est inférieure à 1 mA sans charge. Cependant, chacune de ses broches est capable de piloter une charge de 60 mA, ce qui signifie que la consommation d'énergie maximale avec charges pleines peut atteindre 960 mA. Une énorme différence de consommation d'énergie a lieu.

Erreur 5 : Le dépassement peut être éliminé par un excellent accord

Le dépassement existe sur presque tous les signaux, sauf certains signaux spéciaux tels que 100BASE-T ou CML. L'accord n'est pas nécessaire tant qu'il n'est pas si important. Des exigences extrêmement élevées sont suscitées par l'accord. Par exemple, l'impédance de sortie du TTL est inférieure à 50 Ω, certaines même 20 Ω, et si un tel grand accord est mis en œuvre sur celui-ci, le courant deviendra si important que la consommation d'énergie ne pourra pas l'accepter. De plus, l'amplitude du signal sera si petite qu'elle ne pourra plus être utilisée. Au fait, l'impédance de sortie n'est pas la même lorsque les signaux ordinaires sortent au niveau haut et au niveau bas, et un accord parfait ne peut jamais être obtenu non plus. Par conséquent, l'accord entre signaux tels que TTL, LVDS et 422 peut être acceptable pour le dépassement, ce qui est la meilleure solution.

Erreur 6 : Les problèmes de consommation d'énergie sont attribués au matériel uniquement

Dans un système, le matériel est responsable d'établir une scène tandis que le logiciel joue un rôle significatif dans la pièce. Chaque visite de puce et chaque renversement de signal sont presque contrôlés par le logiciel. La mise en œuvre de mesures appropriées contribuera grandement à la diminution de la consommation d'énergie.

Économie de coûts

Erreur 1 : Négliger la précision de résistance des résistances de tirage haut/bas

Certains ingénieurs ne pensent pas que la précision de résistance des résistances de tirage haut/bas importe. Par exemple, ils ont tendance à choisir au hasard 5 kΩ, car c'est facile à calculer. En réalité, cependant, une résistance de 5 kΩ n'existe pas sur le marché des composants et la plus proche est 4,99 kΩ (précision 1 %) et 5,1 kΩ (précision 5 %) dont les coûts sont respectivement quatre fois et deux fois plus grands que celui de 4,7 kΩ (précision 20 %). Néanmoins, les résistances avec une précision de 20 % ne sont disponibles que dans les types 1 kΩ, 1,5 kΩ, 2,2 kΩ, 3,3 kΩ, 4,7 kΩ et 6,8 kΩ. Avec 4,99 kΩ ou 5,1 kΩ avec une précision de 1 % comparé à 4,7 kΩ avec une précision de 20 %, le premier est évidemment plus rentable.

Erreur 2 : Sélection aléatoire de la couleur du voyant

Certains ingénieurs choisissent la couleur du voyant selon leur préférence. Cependant, les technologies sur les voyants dont les couleurs sont rouge, vert, jaune ou orange ont été développées depuis des décennies. De plus, leur prix est extrêmement bas. En revanche, les voyants bleus bénéficient d'une maturité technologique relativement faible et d'une fiabilité d'approvisionnement basse, avec un prix quatre à cinq fois plus élevé. Jusqu'à présent, les voyants bleus ne sont appliqués que dans les situations où les autres couleurs ne peuvent jamais être remplacées, comme l'indication de signal vidéo.

Erreur 3 : Application de CPLD juste pour le haut de gamme

Certains ingénieurs appliquent un CPLD au lieu d'un circuit de porte 74** pour le haut de gamme. Cependant, cela entraînera un coût plus élevé et de nombreux travaux pour la production et les fichiers.

Erreur 4 : Rechercher les MEM, CPU et FPGA les plus rapides

Face à une exigence système élevée, les ingénieurs pensent simplement que toutes les puces doivent être les plus rapides, comme MEM, CPU et FPGA. En réalité, dans un système haute vitesse, toutes les parties ne fonctionnent pas à haute vitesse. De plus, l'amélioration de la vitesse de fonctionnement des composants entraîne une augmentation des coûts et une grande interférence avec l'intégrité du signal.

Erreur 5 : Se fier uniquement au routage automatique

Pour la conception PCB avec une faible exigence de conception, certains ingénieurs dépendent seulement du routage automatique. Le routage automatique tend à causer une plus grande surface de PCB et des vias traversants multiples fois plus nombreux que l'application du routage manuel. Puisque la largeur de ligne et le nombre de vias traversants affectent directement le rendement du PCB et la consommation de forets, le coût est alors grandement influencé. Afin de maîtriser les coûts, il est préférable de tirer le meilleur parti du routage manuel.

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