Los errores de ingeniería nunca se pueden evitar. No seas ingenuo al creer que esos errores representan un nivel bajo o una falta total de excelencia en la capacidad de diseño de PCB. Sin embargo, la mayoría de los errores que los ingenieros tienden a cometer derivan de sus consideraciones excesivas en términos de eficiencia del sistema, integridad de la señal, bajo consumo de energía y ahorro de costos. Dicho de otro modo, esos errores resultan de la “bondad”. Por lo tanto, ser consciente de esa “bondad” y evitar oportunamente esos errores es sumamente beneficioso para la implementación fluida de tus proyectos.
Eficiencia del sistema
Error 1: Cambio aleatorio de CPU
Algunos ingenieros observan que una CPU con una frecuencia básica de 100M tiene una capacidad de procesamiento de solo el 70% y les gustaría cambiarla por una de 200M. De hecho, la capacidad de procesamiento del sistema implica todo tipo de elementos y, en el campo de las comunicaciones, las dificultades siempre se presentan en la memoria, lo que significa que, a pesar de la alta velocidad de la CPU, sigue siendo un esfuerzo desperdiciado cuando se realizan accesos externos a baja velocidad.
Error 2: Una caché más grande conduce a una mayor velocidad del sistema.
La mejora de la caché no conduce necesariamente a un alto rendimiento del sistema y, a veces, desactivar la caché produce una mayor velocidad del sistema que utilizarla, porque los datos que se trasladan a la caché deben ser utilizados múltiples veces; de lo contrario, la eficiencia del sistema no aumentará. Por lo tanto, en general solo se activa la caché de instrucciones, mientras que la caché de datos se limita únicamente a un espacio de almacenamiento parcial incluso cuando está activada.
Error 3: Creer que la interrupción es más rápida que la consulta.
La interrupción tiene una fuerte instantaneidad, pero no es necesariamente rápida. Si hay demasiadas misiones de interrupción, el sistema pronto se descompondrá como resultado de la discontinuidad de dichas misiones. Si hay muchas tareas frecuentes, gran parte del esfuerzo de la CPU se gastará en el costo de las interrupciones, de modo que la eficiencia del sistema será extremadamente baja. Si en su lugar se aplica la consulta, la eficiencia del sistema mejorará enormemente. Sin embargo, a veces la consulta no cumple con el requisito de instantaneidad, por lo que el mejor método es aplicar la consulta en el proceso de interrupción.
Error 4: La secuencia temporal en las interfaces de memoria no necesita modificarse.
El valor predeterminado en las interfaces de memoria está totalmente determinado por los parámetros más conservadores y, en la aplicación práctica, debe modificarse razonablemente de acuerdo con la frecuencia de funcionamiento del bus y el período de espera. A veces, la disminución de la frecuencia puede mejorar la eficiencia.
Error 5: Más CPU ayudarán a aumentar la capacidad de procesamiento.
A menudo se dice que dos cabezas piensan mejor que una. Para las CPU, esto no suele ser cierto. El número de CPU no puede determinarse hasta que se comprenda completamente el sistema, ya que la coordinación entre CPU puede resultar muy costosa.
Integridad de señal
Error 1: Creer en exceso en los datos de simulación.
La simulación nunca puede ser igual al objeto práctico y pueden producirse diferencias entre los mismos productos incluso dentro del mismo lote. Además, la simulación no logra tener en cuenta todas las posibilidades, especialmente la diafonía. Por lo tanto, el resultado de la simulación solo puede considerarse como una referencia.
Error 2: El flanco de la señal digital debe ser lo más abrupto posible.
Cuanto más pronunciado sea el flanco, más amplio será el rango espectral y mayor será la energía en la parte de alta frecuencia. Al mismo tiempo, las señales de alta frecuencia generarán más radiación y podrán interferir fácilmente con otras señales con mala calidad de transmisión en las pistas. Por lo tanto, se deben utilizar tantos chips de baja velocidad como sea posible.
Error 3: El condensador de desacoplo debe ser tan numeroso como sea posible.
En términos generales, cuantos más condensadores de desacoplo haya, más estable será la alimentación. Sin embargo, un exceso de condensadores también conllevará algunas desventajas, como el desperdicio de costos, el enrutamiento complicado y una corriente de impulso de alimentación demasiado grande. La clave del diseño de la capacitancia de desacoplo radica en una correcta selección y colocación.
Consumo de energía
Error 1: Pasar por alto el problema del consumo de energía en el caso de una alimentación de 220 V
El propósito del diseño de bajo consumo de energía no solo radica en el ahorro de energía, sino también en la reducción del costo del módulo de alimentación y del sistema de disipación de calor. Es claramente insuficiente considerar únicamente la fuente de alimentación al abordar los problemas de consumo de energía, ya que este se determina principalmente por la cantidad de corriente y la temperatura de los componentes.
Error 2: Todas las señales del bus deben ser polarizadas mediante resistencias.
A veces, algunas señales necesitan ser polarizadas mediante resistencias, pero no todas. La corriente consumida cuando una señal en estado puro se polariza hacia arriba o hacia abajo es de solo decenas de microamperios, mientras que la corriente consumida al polarizar hacia arriba o hacia abajo una señal accionada alcanza el nivel de miliamperios. Si todas las señales se polarizan mediante resistencias, se debe consumir más energía en las resistencias.
Error 3: Dejar interfaces de E/S sin usar
Las interfaces de E/S no utilizadas en la CPU y la FPGA posiblemente se conviertan en señales de entrada con oscilaciones repetitivas cuando sufran incluso una pequeña interferencia del entorno externo. Además, el consumo de energía de los componentes MOS básicamente depende del número de inversiones del circuito de compuerta. Por lo tanto, la mejor solución es configurar esas interfaces como salidas que no deben conectarse a señales con controladores.
Error 4: Sin tener en cuenta el consumo de energía de los chips pequeños
Es difícil determinar el consumo de energía de chips relativamente simples dentro de un sistema, ya que el consumo de energía generalmente se determina por la corriente en los pines. Por ejemplo, el consumo de energía del ABT16244 es inferior a 1 mA sin carga. Sin embargo, cada uno de sus pines es capaz de manejar una carga de 60 mA, lo que significa que el consumo máximo de energía con todas las cargas conectadas puede alcanzar los 960 mA. Se produce una gran diferencia en el consumo de energía.
Error 5: El sobreimpulso puede eliminarse mediante una excelente adaptación.
El sobreimpulso existe en casi todas las señales, excepto en algunas señales especiales como 100BASE-T o CML. No es necesario realizar adaptación mientras no sea demasiado grande. La adaptación genera requisitos extremadamente estrictos. Por ejemplo, la impedancia de salida de TTL es menor de 50 Ω, algunas incluso de 20 Ω, y si se implementa una adaptación tan grande, la corriente se volverá tan alta que el consumo de energía será inaceptable. Además, la amplitud de la señal será tan pequeña que no podrá reutilizarse. Por cierto, la impedancia de salida no es la misma cuando las señales ordinarias entregan nivel alto y nivel bajo, y tampoco se puede lograr una adaptación perfecta. Por lo tanto, la adaptación entre señales como TTL, LVDS y 422 puede ser aceptable en cuanto al sobreimpulso, lo cual es la mejor solución.
Error 6: Los problemas de consumo de energía se atribuyen únicamente al hardware.
En un sistema, el hardware es responsable de establecer el escenario, mientras que el software desempeña un papel significativo en la obra. Cada acceso al chip y cada inversión de señal están casi completamente controlados por el software. La implementación de medidas adecuadas contribuirá en gran medida a la reducción del consumo de energía.
Ahorro de costos
Error 1: Pasar por alto la precisión de la resistencia de los resistores de pull-up/pull-down
Algunos ingenieros no creen que la precisión de la resistencia de los resistores pull-up/pull-down sea importante. Por ejemplo, tienden a elegir al azar 5K, ya que es fácil de calcular. Sin embargo, en realidad, la resistencia de 5K no existe en el mercado de componentes y las más cercanas son 4,99K (con una precisión del 1%) y 5,1K (con una precisión del 5%), cuyos costos son respectivamente cuatro veces y el doble mayores que los de 4,7K (con una precisión del 20%). No obstante, los resistores con una resistencia cuya precisión es del 20% solo vienen en los tipos de 1K, 1,5K, 2,2K, 3,3K, 4,7K y 6,8K. Comparando 4,99K o 5,1K con una precisión del 1% con 4,7K con una precisión del 20%, los primeros son claramente más rentables.
Error 2: Selección aleatoria del color de la luz indicadora
Algunos ingenieros eligen el color de la luz indicadora según sus preferencias. Sin embargo, las tecnologías de luces indicadoras de color rojo, verde, amarillo o naranja se han desarrollado durante varios años. Además, su precio es extremadamente bajo. Por el contrario, las luces indicadoras azules presentan un nivel de madurez tecnológica relativamente bajo y una fiabilidad de suministro reducida, con un precio de cuatro a cinco veces mayor. Hasta ahora, las luces indicadoras azules solo se utilizan en situaciones en las que otros colores no pueden sustituirlas, como la indicación de señales de video.
Error 3: Aplicación del CPLD solo para obtener la calificación más alta
Algunos ingenieros utilizan CPLD en lugar del circuito de compuertas 74** para obtener una calidad superior. Sin embargo, esto dará como resultado un mayor costo y una gran cantidad de trabajo para la producción y la documentación.
Error 4: Aspirar a la MEM, CPU y FPGA más rápidas
Ante requisitos elevados del sistema, los ingenieros suelen pensar que todos los chips deben ser los más rápidos, como la memoria, la CPU y el FPGA. De hecho, en un sistema de alta velocidad, no todas las partes funcionan a alta velocidad. Además, el aumento de la velocidad de funcionamiento de los componentes conlleva un incremento del costo y una gran interferencia en la integridad de la señal.
Error 5: Confiar solo en el enrutamiento automático
ParaDiseño de PCBCon requisitos de diseño bajos, algunos ingenieros simplemente dependen del ruteo automático. El ruteo automático tiende a provocar un área de PCB mayor y un número de vías pasantes varias veces superior al que se obtiene con el ruteo manual. Dado que el ancho de las pistas y la cantidad de vías pasantes afectan directamente el rendimiento de la PCB y el desgaste de las brocas, el costo se ve muy influenciado. Para mantener el costo bajo control, es mejor aprovechar al máximo el ruteo manual.
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