[转帖]硬件设计的鸡毛蒜皮
硬件设计的鸡毛蒜皮鸡毛蒜皮之一：成本节约
现象一：这些拉高/拉低的电阻用多大的阻值关系不大，就选个整数5K吧
点评：市场上不存在5K的阻值，最接近的是4.99K（精度1%），其次是5.1K（精度5%
），其成本分别比精度为20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的电阻阻值只有1、1.5、2
.2、3.3、4.7、6.8几个类别（含10的整数倍）；类似地，20%精度的电容也只有以上
几种值，如果选了其它的值就必须使用更高的精度，成本就翻了几倍，却不能带来任
何好处。
现象二：面板上的指示灯选什么颜色呢？我觉得蓝色比较特别，就选它吧
点评：其它红绿黄橙等颜色的不管大小（5MM以下）封装如何，都已成熟了几十年，
价格一般都在5毛钱以下，而蓝色却是近三四年才发明的东西，技术成熟度和供货稳
定度都较差，价格却要贵四五倍。目前蓝色指示灯只用在不能用其它颜色替代的场合
，如显示视频信号等。
现象三：这点逻辑用74XX的门电路搭也行，但太土，还是用CPLD吧，显得高档多了
点评：74XX的门电路只几毛钱，而CPLD至少也得几十块，（GAL/PAL虽然只几块钱，
但公司不推荐使用）。成本提高了N倍不说，还给生产、文档等工作增添数倍的工作
。
现象四：我们的系统要求这么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要选最快的
点评：在一个高速系统中并不是每一部分都工作在高速状态，而器件速度每提高一个
等级，价格差不多要翻倍，另外还给信号完整性问题带来极大的负面影响。
现象五：这板子的PCB设计要求不高，就用细一点的线，自动布吧
点评：自动布线必然要占用更大的PCB面积，同时产生比手动布线多好多倍的过孔，
在批量很大的产品中，PCB厂家降价所考虑的因素除了商务因素外，就是线宽和过孔
数量，它们分别影响到PCB的成品率和钻头的消耗数量，节约了供应商的成本，也就
给降价找到了理由。
现象六：程序只要稳定就可以了，代码长一点，效率低一点不是关键
点评：CPU的速度和存储器的空间都是用钱买来的，如果写代码时多花几天时间提高
一下程序效率，那么从降低CPU主频和减少存储器容量所节约的成本绝对是划算的。
CPLD/FPGA设计也类似。
鸡毛蒜皮之二：低功耗设计
现象一：我们这系统是220V供电，就不用在乎功耗问题了
点评：低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统
的成本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，
器件寿命则相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半）
现象二：这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些
点评：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的
输入信号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，
现在的系统常常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都
上拉的话，几瓦的功耗就耗在这些电阻上了（不要用8毛钱一度电的观念来对待这几
瓦的功耗）。
现象三：CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢？先让它空着吧，以后再说
点评：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入
信号了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个
引脚也会有微安级的电流，所以最好的办法是设成输出（当然外面不能接其它有驱动
的信号）
现象四：这款FPGA还剩这么多门用不完，可尽情发挥吧
点评：FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比，所以同一型号的FPGA
在不同电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低
FPGA功耗的根本方法。
现象五：这些小芯片的功耗都很低，不用考虑
点评：对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，它主要由引脚上的电流确定，一
个ABT16244，没有负载的话耗电大概不到1毫安，但它的指标是每个脚可驱动60毫安
的负载（如匹配几十欧姆的电阻），即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA，当然只
是电源电流这么大，热量都落到负载身上了。
现象六：存储器有这么多控制信号，我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了，片选
就接地吧，这样读操作时数据出来得快多了。
点评：大部分存储器的功耗在片选有效时（不论OE和WE如何）将比片选无效时大100
倍以上，所以应尽可能使用CS来控制芯片，并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短
片选脉冲的宽度。
现象七：这些信号怎么都有过冲啊？只要匹配得好，就可消除了
点评：除了少数特定信号外（如100BASE-T、CML），都是有过冲的，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的输出阻抗不到50欧姆
，有的甚至20欧姆，如果也用这么大的匹配电阻的话，那电流就非常大了，功耗是无
法接受的，另外信号幅度也将小得不能用，再说一般信号在输出高电平和输出低电平
时的输出阻抗并不相同，也没办法做到完全匹配。所以对TTL、LVDS、422等信号的匹
配只要做到过冲可以接受即可。
现象八：降低功耗都是硬件人员的事 不错。
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