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工控電路板設計過程中的常見誤區

作者: 深圳市澤創偉業科技有限公司 發表時間:2018-08-02 17:12:31瀏覽量:5321

  工控電路板是指工業控制所專用的或通用的電路板,一般的工控電路板底層的電路都是做好了的,預留有IO,買了工控電路板后,在電路板上預留的輸入輸出口接上用戶自己的器件,比如電機,電磁閥,傳感器從而完成自己想要完成的功能 。
文本標簽:工控主板

  工控電路板是指工業控制所專用的或通用的電路板,一般的工控電路板底層的電路都是做好了的,預留有IO,買了工控電路板后,在電路板上預留的輸入輸出口接上用戶自己的器件,比如電機,電磁閥,傳感器從而完成自己想要完成的功能 。


  工控電路板的工作原理如下:


  在電路板下面,是錯落有致的電路布線;在上面,則為棱角分明的各個核心部件:插槽、芯片、電阻、電容等。

  當主機加電時,電流會在瞬間通過CPU、南北橋芯片、內存插槽、AGP插槽、PCI插槽、IDE接口以及主板邊緣的串口、并口、PS/2接口等。隨后,主板會根據BIOS(基本輸入輸出系統)來識別硬件,并進入操作系統發揮出支撐系統平臺工作的功能。


工控主板


  工控主板的特點:將不同電壓的用電器連接在一起,并提供相應的電源;將不同功能的用電器連接在一起,使它們相互傳遞信息;接收外來數據,并給其它設備處理;將內部設備處理的數據集中,并傳遞給外界;平衡電腦中的數據、能源、速度、溫度、電流等。


  然而在工控電路板設計過程中,有幾個常見的誤區:


  誤區一:這板子的PCB設計要求不高,就用細一點的線,自動布吧


  解讀:自動布線必然要占用更大的PCB面積,同時產生比手動布線多好多倍的過孔,在批量很大的產品中,PCB廠家降價所考慮的因素除了商務因素外,就是線寬和過孔數量,它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數量,節約了供應商的成本,也就給降價找到了理由。


  誤區二:這些總線信號都用電阻拉一下,感覺放心些。


  解讀:電路設計的14個誤區解讀:信號需要上下拉的原因很多,但也不是個個都要拉。上下拉電阻拉一個單純的輸入信號,電流也就幾十微安以下,但拉一個被驅動了的信號,其電流將達毫安級,現在的系統常常是地址數據各32位,可能還有244/245隔離后的總線及其它信號,都上拉的話,幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了。


  誤區三:CPU和FPGA的這些不用的I/O口怎么處理呢?先讓它空著吧,以后再說。


  解讀:不用的I/O口如果懸空的話,受外界的一點點干擾就可能成為反復振蕩的輸入信號了,而MOS器件的功耗基本取決于門電路的翻轉次數。如果把它上拉的話,每個引腳也會有微安級的電流,所以最好的辦法是設成輸出(當然外面不能接其它有驅動的信號)


  現象四:這款FPGA還剩這么多門用不完,可盡情發揮吧


  解讀:FGPA的功耗與被使用的觸發器數量及其翻轉次數成正比,所以同一型號的FPGA在不同電路不同時刻的功耗可能相差100倍。盡量減少高速翻轉的觸發器數量是降低FPGA功耗的根本方法。


  誤區五:這些小芯片的功耗都很低,不用考慮


  解讀:對于內部不太復雜的芯片功耗是很難確定的,它主要由引腳上的電流確定,一個ABT16244,沒有負載的話耗電大概不到1毫安,但它的指標是每個腳可驅動60毫安的負載(如匹配幾十歐姆的電阻),即滿負荷的功耗最大可達60*16=960mA,當然只是電源電流這么大,熱量都落到負載身上了。


  誤區六:存儲器有這么多控制信號,我這塊板子只需要用OE和WE信號就可以了,片選就接地吧,這樣讀操作時數據出來得快多了。


  解讀:大部分存儲器的功耗在片選有效時(不論OE和WE如何)將比片選無效時大100倍以上,所以應盡可能使用CS來控制芯片,并且在滿足其它要求的情況下盡可能縮短片選脈沖的寬度。


  誤區七:這些信號怎么都有過沖啊?只要匹配得好,就可消除了


  解讀:除了少數特定信號外(如100BASE-T、CML),都是有過沖的,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的輸出阻抗不到50歐姆,有的甚至20歐姆,如果也用這么大的匹配電阻的話,那電流就非常大了,功耗是無法接受的,另外信號幅度也將小得不能用,再說一般信號在輸出高電平和輸出低電平時的輸出阻抗并不相同,也沒辦法做到完全匹配。所以對TTL、LVDS、422等信號的匹配只要做到過沖可以接受即可。


  誤區八:降低功耗都是硬件人員的事,與軟件沒關系。


  解讀:硬件只是搭個舞臺,唱戲的卻是軟件,總線上幾乎每一個芯片的訪問、每一個信號的翻轉差不多都由軟件控制的,如果軟件能減少外存的訪問次數(多使用寄存器變量、多使用內部CACHE等)、及時響應中斷(中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻)及其它爭對具體單板的特定措施都將對降低功耗作出很大的貢獻。

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