Les erreurs d’ingénierie ne peuvent jamais être totalement évitées. Ne soyez pas assez naïf pour croire que ces erreurs témoignent d’un faible niveau ou d’une absence d’excellence en matière de conception de PCB. Cependant, la plupart des erreurs que les ingénieurs ont tendance à commettre proviennent de leurs considérations excessives en termes d’efficacité du système, d’intégrité du signal, de faible consommation d’énergie et de réduction des coûts. En d’autres termes, ces erreurs résultent d’une certaine « bienveillance ». Par conséquent, prendre conscience de cette « bienveillance » et éviter ces erreurs en temps voulu est extrêmement bénéfique pour la mise en œuvre fluide de vos projets.
Efficacité du système
Erreur 1 : Changement aléatoire de CPU
Certains ingénieurs constatent qu’un processeur avec une fréquence de base de 100 M n’a qu’une capacité de traitement de 70 % et souhaitent le remplacer par un modèle à 200 M. En réalité, la capacité de traitement du système implique toutes sortes de facteurs et, dans le domaine des communications, les difficultés proviennent toujours de la mémoire, ce qui signifie que malgré la grande vitesse du processeur, les accès externes lents rendent tout cela vain.
Erreur 2 : Un cache plus grand entraîne une vitesse plus élevée du système.
L’amélioration du cache ne conduit pas nécessairement à de hautes performances du système et, parfois, la désactivation du cache entraîne une vitesse du système plus élevée que son utilisation, car les données qui sont déplacées dans le cache doivent être utilisées plusieurs fois, faute de quoi l’efficacité du système ne sera pas améliorée. Par conséquent, en général, seul le cache d’instructions est activé, tandis que le cache de données n’est ouvert que sur un espace de stockage partiel, même lorsqu’il est activé.
Erreur 3 : Croire que l’interruption est plus rapide que la requête.
L’interruption a une forte instantanéité mais elle n’est pas nécessairement rapide. S’il y a trop de missions d’interruption, le système tombera bientôt en panne en raison de la discontinuité de ces missions. S’il y a de nombreuses tâches fréquentes, une grande partie des ressources CPU sera consacrée au coût des interruptions, de sorte que l’efficacité du système sera extrêmement faible. Si l’on applique plutôt l’interrogation, l’efficacité du système s’améliorera considérablement. Cependant, parfois, l’interrogation ne parvient pas à satisfaire l’exigence d’instantanéité ; la meilleure méthode consiste donc à 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 entièrement déterminée par les paramètres les plus conservateurs et, dans l’application pratique, elle doit être raisonnablement modifiée en fonction de la fréquence de fonctionnement du bus et de la période d’attente. Parfois, une diminution de la fréquence peut améliorer l’efficacité.
Erreur 5 : Ajouter davantage de processeurs aidera à augmenter la capacité de traitement.
On dit souvent que deux têtes valent mieux qu’une. Pour les processeurs, ce n’est généralement pas vrai. Le nombre de processeurs ne peut pas être déterminé tant qu’on n’a pas une compréhension complète du système, car la coordination entre processeurs peut coûter très cher.
Intégrité du signal
Erreur 1 : Accorder une confiance excessive aux données de simulation.
La simulation ne pourra jamais être identique à l’objet réel et des différences peuvent survenir entre des produits identiques, même au sein d’un même lot. De plus, la simulation ne parvient pas à prendre en compte toutes les possibilités, en particulier la diaphonie. Par conséquent, le résultat de la simulation ne peut être considéré qu’à titre de référence.
Erreur 2 : Le front du signal numérique doit être aussi abrupt que possible.
Plus le front est raide, plus la plage spectrale sera large et plus la partie haute fréquence contiendra d’énergie. Parallèlement, les signaux haute fréquence produiront davantage de rayonnement et interféreront facilement avec d’autres signaux, entraînant une mauvaise qualité de transmission sur les conducteurs. Par conséquent, il convient d’utiliser autant que possible des circuits intégrés à basse vitesse.
Erreur 3 : Le nombre de condensateurs de découplage doit être aussi élevé que possible.
D’une manière générale, plus il y a de condensateurs de découplage, plus l’alimentation sera stable. Cependant, un trop grand nombre de condensateurs entraîne également certains inconvénients, tels qu’un gaspillage de coûts, une difficulté de routage et un courant d’appel d’alimentation trop important. La clé de la conception du découplage capacitif réside dans une sélection et un placement corrects.
Consommation d’énergie
Erreur 1 : Négliger la question de la consommation d’énergie dans le cas d’une alimentation 220 V
L’objectif d’une conception à faible consommation d’énergie ne réside pas seulement dans les économies d’électricité, mais aussi dans la réduction du coût du module d’alimentation et du système de dissipation thermique. Il est manifestement insuffisant de ne considérer que l’alimentation électrique lorsqu’on traite des problèmes de consommation d’énergie, puisque celle-ci est principalement déterminée par l’intensité du courant et la température des composants.
Erreur 2 : Tous les signaux de bus doivent être tirés par des résistances.
Parfois, certains signaux doivent être polarisés par des résistances, mais pas tous. Le courant consommé lorsqu’une entrée pure est tirée vers le haut ou vers le bas n’est que de quelques dizaines de microampères, tandis que le courant consommé pour tirer vers le haut ou vers le bas un signal déjà piloté atteint le niveau du milliampère. Si tous les signaux sont polarisés par des résistances, davantage d’énergie doit être consommée dans ces résistances.
Erreur 3 : Laisser des interfaces d’E/S inutilisées non utilisées
Les interfaces d’E/S inutilisées sur le CPU et le FPGA peuvent éventuellement devenir des signaux d’entrée présentant des oscillations répétées lorsqu’elles subissent ne serait-ce qu’une légère interférence provenant de l’environnement externe. De plus, la consommation d’énergie des composants MOS dépend essentiellement du nombre d’inversions du circuit logique. Par conséquent, la meilleure solution consiste à configurer ces interfaces en sortie, sans les connecter à des signaux dotés de pilotes.
Erreur 4 : Sans tenir compte de la consommation d’énergie des petites puces
Il est difficile de déterminer la consommation d’énergie de puces relativement simples à l’intérieur d’un système, car la consommation d’énergie est généralement déterminée par le courant sur les broches. Par exemple, la consommation électrique 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 toutes les charges actives peut atteindre 960 mA. Il en résulte une énorme différence de consommation d’énergie.
Erreur 5 : Le dépassement peut être éliminé grâce à un excellent appariement.
Le dépassement existe sur presque tous les signaux, à l’exception de certains signaux spéciaux tels que le 100BASE‑T ou le CML. L’adaptation n’est pas nécessaire tant que ce dépassement n’est pas trop important. Des exigences extrêmement élevées apparaissent avec l’adaptation. Par exemple, l’impédance de sortie du TTL est inférieure à 50 Ω, certaines atteignant même 20 Ω, et si une adaptation aussi importante est mise en œuvre, le courant deviendra si élevé que la consommation d’énergie sera inacceptable. De plus, l’amplitude du signal sera si faible qu’il ne pourra plus être réutilisé. D’ailleurs, l’impédance de sortie n’est pas la même lorsque les signaux ordinaires délivrent un niveau haut ou un niveau bas, et une adaptation parfaite ne peut pas non plus être obtenue. Par conséquent, pour les signaux tels que TTL, LVDS et 422, une certaine tolérance de dépassement est acceptable, ce qui constitue la meilleure solution.
Erreur 6 : Les problèmes de consommation d’énergie sont attribués uniquement au matériel.
Dans un système, le matériel est responsable de l’établissement de la scène tandis que le logiciel joue un rôle important dans la pièce. Chaque accès à une puce et chaque inversion de signal sont presque entièrement contrôlés par le logiciel. La mise en œuvre de mesures appropriées contribuera grandement à la réduction de la consommation d’énergie.
Réduction des coûts
Erreur 1 : Négliger la précision de la résistance des résistances de tirage vers le haut / tirage vers le bas
Certains ingénieurs pensent que la précision de la résistance des résistances de tirage vers le haut/bas n’a pas d’importance. Par exemple, ils ont tendance à choisir au hasard 5 kΩ, car il est facile à calculer. En réalité, cependant, une résistance de 5 kΩ n’existe pas sur le marché des composants et les valeurs les plus proches sont 4,99 kΩ (précision de 1 %) et 5,1 kΩ (précision de 5 %), dont les coûts sont respectivement quatre fois et deux fois plus élevés que celui de 4,7 kΩ (précision de 20 %). Néanmoins, les résistances avec une précision de 20 % n’existent qu’avec les valeurs 1 kΩ, 1,5 kΩ, 2,2 kΩ, 3,3 kΩ, 4,7 kΩ et 6,8 kΩ. Entre 4,99 kΩ ou 5,1 kΩ avec une précision de 1 % et 4,7 kΩ avec une précision de 20 %, les premières sont de toute évidence plus rentables.
Erreur 2 : Sélection aléatoire de la couleur du voyant lumineux
Certains ingénieurs choisissent la couleur des voyants lumineux en fonction de leurs préférences. Cependant, les technologies relatives aux voyants lumineux de couleur rouge, verte, jaune ou orange ont été développées depuis plusieurs années. De plus, leur prix est extrêmement bas. En revanche, les voyants lumineux bleus présentent un niveau de maturité technologique relativement faible et une fiabilité d’approvisionnement réduite, avec un prix quatre à cinq fois plus élevé. Jusqu’à présent, les voyants lumineux bleus ne sont utilisés que dans des situations où les autres couleurs ne peuvent absolument pas les remplacer, comme l’indication de signaux vidéo.
Erreur 3 : Utilisation du CPLD uniquement pour obtenir la meilleure note
Certains ingénieurs utilisent des CPLD au lieu de circuits logiques 74** pour obtenir une qualité supérieure. Cependant, cela entraînera un coût plus élevé ainsi qu’une quantité considérable de travail pour la production et la documentation.
Erreur 4 : Viser la MEM, le CPU et le FPGA les plus rapides
Confrontés à des exigences système élevées, les ingénieurs pensent simplement que toutes les puces doivent être les plus rapides, comme la mémoire, le CPU et le FPGA. En réalité, dans un système à haute vitesse, toutes les parties ne fonctionnent pas à grande vitesse. De plus, l’augmentation de la vitesse de fonctionnement des composants entraîne une hausse des coûts et de fortes interférences avec l’intégrité du signal.
Erreur 5 : Se fier uniquement au routage automatique
PourConception de PCBAvec des exigences de conception faibles, certains ingénieurs se contentent du routage automatique. Le routage automatique a tendance à entraîner une surface de PCB plus grande et un nombre de vias traversants plusieurs fois supérieur à celui obtenu avec un routage manuel. Étant donné que la largeur des pistes et le nombre de vias traversants affectent directement le rendement du PCB et la consommation de forets, le coût s’en trouve fortement influencé. Afin de maîtriser les coûts, il est préférable de tirer le meilleur parti du routage manuel.
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