特記事項：PCB設計における8つの現象と間違い

PCB 設計では、多くの場合、次の 8 つの現象が発生し、間違いにつながります。 ここでは、これらの現象のそれぞれを紹介し、1 つずつコメントするための短い編集を示します。

現象 1: このボードの PCB 設計要件は高くないため、細い線を使用して自動的にクロスします。

コメント: 自動配線は必然的により大きな PCB 領域を占有し、手動配線よりも何倍も多くのビアを生成します。 大量ロットの製品の中で、PCB メーカーがビジネス上の要因以外に価格を下げるために考慮する要因は、線幅とビアの数です。 それらはそれぞれPCBボードの歩留まりとドリルビットの消費に影響を与え、サプライヤーのコストを節約し、価格引き下げの理由を見つけます。

現象 2: これらのバス信号が抵抗で引っ張られて、安心します。

コメント: 信号をプルアップおよびプルダウンする必要がある理由は多数ありますが、すべての信号をプルアップおよびダウンする必要があるわけではありません。 抵抗をプルアップおよびプルダウンして単純な入力信号をプルすると、電流は数十マイクロアンペア未満になります。 しかし、駆動信号を引き出すと、電流はミリアンペアレベルに達します. 今日のシステムは、多くの場合、32 ビットのアドレス データと、場合によっては 244/245 分離バスやその他の信号を使用します。 プルアップすると、これらの抵抗器によって数ワットの電力が消費されます。

現象 3: CPU と FPGA のこれらの未使用の I/O ポートをどのように処理しますか? 最初は空にし、後で空にします。

コメント: 未使用の I/O ポートがサスペンドされている場合、外部からのわずかな干渉が、繰り返し発振する入力信号になる可能性があります。 MOSデバイスの消費電力は、基本的にゲート回路の反転回数に依存します。 プルアップすると各ピンにもマイクロアンペアの電流が流れるので、出力にするのがベストです（もちろん、他の駆動信号を外部に接続することはできません）。

現象4：このFPGAはゲートがたくさん残っているので思う存分遊べる

コメント: FPGA の消費電力は、使用されるフリップフロップの数とフリップフロップの数に比例するため、同じタイプの FPGA の異なる回路の異なる時間の消費電力は 100 倍異なる場合があります。 フリップフロップの数を最小限に抑えることは、FPGA の消費電力を削減するための基本的な方法です。

現象5：これらの小さなチップの消費電力は非常に低いため、考慮する必要はありません

コメント: 内部がそれほど複雑でないチップの消費電力を決定することは困難です。 これは主にピンの電流によって決まります。 ABT16244 は、負荷なしで 1 mA 未満しか消費しませんが、その指標は、各ピンが 60 mA の負荷を駆動できることです (数十オームの抵抗のマッチングなど)。 つまり、全負荷の最大消費電力は 60 * 16=960mA に達する可能性があります。 もちろん、電源電流が非常に大きいため、負荷に熱がかかります。

現象 6: メモリ内に非常に多くの制御信号があります。 このボードでは、OE 信号と WE 信号のみを使用する必要があります。 読み取り操作中にデータがはるかに高速に出力されるように、チップ選択を接地するだけです。

コメント: ほとんどのメモリの消費電力は、チップ選択が有効な場合 (OE と WE に関係なく)、チップ選択が無効な場合の 100 倍以上になります。 したがって、CS は可能な限りチップを制御するために使用する必要があり、その他の要件が満たされている場合は、チップ選択パルスの幅を可能な限り短くする必要があります。

現象 7: これらの信号がオーバーシュートするのはなぜですか? 相性が良ければ消せる

コメント: いくつかの特定の信号 (100BASE-T や CML など) を除いて、オーバーシュートがあります。 あまり大きくない限り、マッチングが最適でなくてもマッチングする必要はありません。 たとえば、TTL の出力インピーダンスは 50 オーム未満で、20 オームの場合もあります。 このような大きな整合抵抗も使用すると、電流が非常に大きくなり、消費電力が許容範囲を超え、信号振幅が小さすぎて使用できなくなります。 また、高出力レベルと低出力レベルの一般的な信号の出力インピーダンスは同じではなく、完全に一致させる方法はありません。 したがって、オーバーシュートが達成される限り、TTL、LVDS、422、およびその他の信号のマッチングは許容されます。

現象 8: 消費電力の削減は、ソフトウェアではなくハードウェア担当者の問題です。

コメント: ハードは舞台ですが、ソフトは歌い手です。 バス上のほぼすべてのチップへのアクセスとすべての信号の反転は、ほぼソフトウェアによって制御されます。 ソフトウェアが外部メモリへのアクセス数を減らすことができる場合 (より多くのレジスタ変数を使用する、より多くの内部 CACHE を使用するなど)。 消費電力の削減に大きく貢献します。

このホワイト ペーパーでは、PCB 設計をより効率的にするために、PCB 設計における 8 つの現象と間違いに焦点を当てる必要があることがわかります。