Tại sao các sơ đồ chân của LPC21xx ở khắp mọi nơi?

Tôi đang làm việc như một thực tập sinh mùa đông tại một công ty robot. Công việc của tôi là hỗ trợ nhà phát triển nhúng dẫn đầu trong ... bất cứ điều gì anh ấy muốn tôi hỗ trợ.

Khoảng một tuần trở lại đây, tôi đã được trao một bảng xanh NXP với LPC2148 trên đó. Mặc dù tôi yêu thích sức mạnh xử lý nhiều hơn (so với ATmega32 tôi đã làm việc), tôi đã tìm thấy một điều rất kỳ lạ về bộ điều khiển dựa trên ARM7. Nếu bạn nhìn vào sơ đồ chân ở đây

bạn sẽ nhận thấy rằng các chân cổng ở khắp mọi nơi. Trong sê-ri AVR, mọi thứ được sắp xếp sạch sẽ với tất cả các chân cổng với nhau. Tại sao nó không như vậy trong LPC21xx? Tôi không thể tìm thấy bất kỳ logic nào cả, chúng không được sắp xếp theo số pin hoặc theo chức năng (giống như tất cả các chân JTAG với nhau). Có vẻ như các nhà thiết kế chỉ xếp chồng các chân trong một hình thức ngẫu nhiên.

Bất kỳ cơ quan có thể xin vui lòng giải thích lý do đằng sau này?

Nó chắc chắn sẽ là hậu quả của việc chip được đặt bên trong, kết hợp với thực tế là khá hiếm trên các ứng dụng vi điều khiển cần các khối chân IO liên tiếp để tạo ra các bus rộng, v.v., vì vậy việc nhóm lại với nhau không phải là ưu tiên cao và không đáng để chi tiêu thêm diện tích silicon trên. Tất nhiên logic này bị phá vỡ phần nào trên các bộ phận với giao diện xe buýt bên ngoài, khiến bố cục, đặc biệt là với QFP là một cơn ác mộng, nhưng người dùng âm lượng có thể sẽ sử dụng BGAs để tiết kiệm không gian - Tôi luôn nghĩ rằng 208QFP trông hơi vô lý .. !

Có rất nhiều lý do tại sao các sơ đồ chân là như vậy.

Dễ dàng nhất để giải quyết đầu tiên là chân nguồn / mặt đất. Các chip tiên tiến sẽ sắp xếp các chân nguồn / mặt đất của chúng để giảm thiểu độ tự cảm và để giảm "vùng vòng lặp" của tín hiệu cộng với đường dẫn tín hiệu trở lại. Điều này sẽ cải thiện chất lượng tín hiệu và giảm EMI / RFI. Điều tồi tệ nhất tuyệt đối bạn có thể làm cho sức mạnh / căn cứ là những gì đã được thực hiện trên các bộ phận 74xxx ban đầu với sức mạnh ở một góc và mặt đất khác. Xilinx có một tờ giấy trắng về sự sắp xếp "chevron thưa thớt" của họ rất thú vị. Nếu bạn tìm kiếm trên trang web của họ, họ có rất nhiều bài báo và bài thuyết trình khác nói về nó với kết quả và công cụ đo thực tế. Các công ty khác đã làm những điều tương tự mà không có tất cả sự cường điệu và tài liệu.

Đối với MCU, nơi hầu hết các chân có thể được cấu hình bởi người dùng, thực sự không có cách nào tốt hay xấu để thực hiện các sơ đồ chân (không bao gồm nguồn / căn cứ). Nó gần như đảm bảo rằng bất cứ điều gì họ làm, nó sẽ sai. Nó rất giống như chúng ta mua một chiếc váy cho vợ-- không có vấn đề gì, nó sẽ sai kích cỡ, kiểu dáng, màu sắc, vừa vặn, v.v. Bạn có thể bù vào phần mềm bằng cách sử dụng các chân GPIO khác nhau hoặc bằng PCB sáng tạo định tuyến, hoặc bằng cách định tuyến PCB không sáng tạo (còn gọi là thêm nhiều lớp).

Một khả năng khác là các sơ đồ chân đã được tối ưu hóa để định tuyến PCB trên các lớp tối thiểu, nhưng bạn không thấy điều đó. Ví dụ, CPU yêu cầu kết nối với một chipset (hoặc RAM) cụ thể thường có các sơ đồ chân của chúng được thiết kế để giúp việc giao tiếp / định tuyến dễ dàng hơn. Điều này là phổ biến trên những thứ như chipset Intel của Intel. Đó là cách duy nhất để bạn có thể có hai bóng 800+ bóng kết nối với nhau trên PCB 4 hoặc 6 lớp chứa đầy các mặt phẳng nguồn / mặt đất khác. Trong những trường hợp này thường có ghi chú ứng dụng giải thích cách thực hiện định tuyến.

Và khả năng thứ ba là nó đơn giản như "đó chỉ là cách nó kết thúc". Nó tương tự như cách tiếp cận "bất cứ điều gì chúng ta làm, nó sẽ sai", vì vậy họ chỉ làm bất cứ điều gì dễ nhất hoặc rẻ nhất. Không có phép thuật thực sự ở đây hoặc bí ẩn ở đây. Trước đây, có những con chip rất phổ biến nhưng mọi người sẽ phàn nàn về các sơ đồ chân - vì vậy nhiều năm sau, một phiên bản khác của bộ phận sẽ xuất hiện giống như vậy nhưng với các chân được di chuyển để tạo điều kiện cho việc định tuyến PCB.

Không có vấn đề gì, cuối cùng "nó là cái gì" và chúng tôi chỉ giải quyết nó. Nó thực sự không gây ra quá nhiều vấn đề và chúng tôi đã quá quen với nó đến nỗi nó không làm phiền chúng tôi (nhiều).

Sơ đồ chân IC thực sự được xác định bởi cách bố trí mạch trên chip bên trong gói.

Có nhiều cân nhắc khác nhau đối với các nhà thiết kế bố trí IC, nhưng không chắc là việc gán pin bên ngoài sẽ khác nhiều so với cách sắp xếp pad chết.

Một trong những cân nhắc sẽ là phân phối điện xung quanh chip, có nghĩa là VDD (hoặc VCC) và mặt đất có thể xuất hiện ở những nơi không mong đợi.

Luôn luôn có một lý do tốt cho nó. Hãy tin tôi, các nhà thiết kế IC không làm mọi thứ một cách tùy tiện.

Nếu bạn nhìn kỹ, bạn có thể thấy chúng theo thứ tự, nhưng không được nhóm lại với nhau. Nó có thể đi xuống làm thế nào dễ dàng để sản xuất chip.

Nó phải được thực hiện với những nơi mà tín hiệu đã cho đến đủ gần rìa của khuôn để tạo ra một miếng liên kết cho nó ở đó. Điều đó xác định thứ tự các chân sẽ có. Đôi khi một vài tín hiệu có thể được chuyển đổi, nhưng để tất cả chúng theo thứ tự hợp lý có thể làm tăng kích thước của khuôn, có nghĩa là chi phí thêm.

IC có thể có lớp phân phối lại, cho phép ánh xạ bất kỳ pin nào tới bất kỳ vị trí nào, nhưng điều này sẽ chỉ làm tăng chi phí chết khoảng 5-10%.

Mỗi nhà sản xuất chọn một trong những cách:

1) Thiết kế chip có chân đầu ra cố định (chết lớn hơn một chút => đắt hơn)

2) Có chân ngẫu nhiên (rẻ hơn)

3) Có thêm 1 lớp (đắt hơn một chút để sản xuất)

Lý do là việc sắp xếp các chân theo thứ tự hợp lý nằm trong danh sách ưu tiên của một công ty chip. Hầu hết các nhà thiết kế mà họ quan tâm (thường không bao gồm người máy sở thích) sẽ sử dụng gói CAD có sơ đồ chân trong một số thư viện, vì vậy họ cũng không quan tâm. Vì vậy, các yếu tố khác, như bố trí hiệu quả của chip chết, là quan trọng hơn.

Lưu ý rằng đối với một số nhà sản xuất chip chân, hãy quan tâm:

• các cặp cân bằng (ethernet, USB) tiếp theo hoặc đóng
• các kết nối xtal gần nhau (với một chân tiếp đất gần đó, nhưng không phải trên một số PIC ..)
• chân tiếp đất và nguồn nằm cạnh hoặc đóng, vì vậy có thể thêm nắp tách rời gần với chân

Tôi nhớ cách đây 30 năm, tôi đã cố gắng tạo ra một máy tính Z80 một mặt. Tôi đã có hầu hết các dòng định tuyến, nhưng những chân bus dữ liệu ngớ ngẩn đó làm cho nó không thể.