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  1. #1
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    Layout de PCIs (Questões avançadas)

    Olá. Não sei se aqui é o lugar mais apropriado pra postar isto.

    Gostaria de saber técnicas avançadas de otimização de layout de PCIs, em termos de redução de impedância, resistência e indutância. Como por exemplo, reduzir ao mínimo a resistência, capacitância e indutância ente trilhas, otimizações em geral.

    Sei utilizar alguns softwares de layout de PCBs (Altium Designer, Protel 99, Proteus, EAGLE, NI Circuit Design Suite). Prefiro utilizar o Altium Designer pois considero ele o mais completo, mais profissional e é o que eu tenho maior prática. PERGUNTA: Qual o seu software preferido para layout de placas?

    Aqui está um exemplo de um layout PCI que fiz (melhor visualizado com o Foxit Reader, pelo menos o Acrobat Reader distorce um pouco as imagens pra mim)

    Este PDF mostra as trilhas da parte inferior e superior da PCB e a máscara de componentes.

    LINK:
    http://www.speedyshare.com/664494684.html
    OU
    http://www1.zippyshare.com/v/74016508/file.html

    O que eu será que poderia seer melhorado nesse layout?

    Alguns detalhes que conheço:
    - Quando maior a largura da trilha, menor a resitência da mesma.
    - Quando maior o comprimento da trilha, maior a resitência.
    - Quando maior o comprimento da trilha, maior a indutância.
    - É preferível utilizar trilhas com cantos com ângulo de 45 graus do que 90 graus.
    - Quando duas trilhas estão em "paralelo", quanto mais perto estas trilhas estiverem maior será a capacitância entre elas, isto não é bom para sinais de alta frequência.
    - Quando roteamos sinais diferenciais (RS485, USB, ETHERNET etc...), o ideal é que as trilhas tenham o mesmo tamanho (e largura), estejam próximas entre si e possuam geometria semelhante.

    Me corrijam se algo citado acima estiver errado.

    Ouvi falar que é possível fazer um indutor com as próprias trilhas da placa, conforme a figura abaixo, o que seria útil para filtrar ruídos de alta frequência nos sinais de alimentação (pois estaria em série). E que o valor de indutância dependeria de diversos fatores, como a distância entre as trilhas, comprimento, largura da trilhas, numero de "zigzags" hehe. O que vocês tem a me dizer a respeito dissso?



    EDIT: Me lembrei agora: já vi muitos layouts de PCIs onde foi usado preenchimento de cobre, geralmente com o GND (imagem abaixo), mas um professor me falou que isso não é recomendado, pois serve como um verdadeira "antena" para ruídos. Será que isso está certo?

    Exemplo:



    Então, minha intenção foi abrir este tópico para discutir métodos de otimização de PCIs em termos funcionais.

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  3. #2
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    Dependendo do propósito do circuito pode ter muita influência o modo de como as trilhas são feitas. Trilhas muito longas e em zigue-zague funcionam como indutores, trilhas próximas a outras criam capacitâncias parasitas, curvas fechadas (90 graus) é ruim para RF ou frequências altas.
    Falando em RF, quanto maior a frequência dos circuitos maior deve ser o cuidado com trilhas. Um preenchimento de terra do outro lado da placa pode botar seu projeto no lixo.

  4. #3
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    Ai meu deus.... vocês tão falando de coisas que nem engenheiros formados manjam..
    Vou dar um resumão sobre fabricação de PCI para ajudar vocês:

    Indutores, capacitores e resistores em trilhas se chamam Microstrips, só são possíveis em circuitos de RF, em baixas frequências (60Hz por ex) uma microstrip teria 10km para ter efeito indutivo ou capacitivo, enquanto em 2.4GHz uma trilha de 1mm já transforma-se em uma linha de transmissão do tipo microstrip e problemas de acoplamento e emissão eletromagnetica aparecem. Tudo isso é ultra mega hyper complicado até para engenheiro, isso é papo de mestrado e doutorado.

    O formato da microstrip (zigzague ou sei la o que) não tem absolutamente nada a ver com o tipo de impedância (capacitiva ou indutiva), são outros parâmetros que influenciam.

    Concelho? Esquece essa coisa de impedância, capacitância e indutância nas trilhas.

    O que precisa-se saber para projetar uma boa PCI?
    1) Espessuras de trilhas
    1mm de trilha ~ 1A de corrente
    Para cada âmpere de corrente usa-se 1 mm de largura de trilha geralmente, informações precisas dependem da espessura da folha de cobre da placa (informação de fabricante) e o google ajuda a dmensionar.

    2) Interferências:
    Trilhas de circuitos com alta frequência de chaveamento e alta corrente geram interferências, como filtra-las? Adicionando uma trilha de terra nos 2 lados de mesma espessura, tá na dúvida ? Toca uma malha de terra e isso vai resolver.

    3) Design Rule Check
    Isso é o principal.
    As regras de DRC são dadas pelo fabricante da placa (são as minimas espessuras, minimos furos, etc..) essas regras devem ser seguidas a risca se não a placa não funciona nem a pau.

    abração.

  5. #4
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    Outra coisa.. tuas placas estão excelentes, se não houver erro de DRC ou projeto vai funcionar.

    Quanto a comprimento de trilhas iguais para os sinais, esquece, as frequências não são altas o suficiente para se preocupar com delay de bit. isso é coisa para arquitetura de hardware avançada.. vc não está mechendo com isso.

  6. #5
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    Posso adicionar mais um comentário ao do Fanl?

    No PDF que vc incluiu, vi que em algumas junções de trilha com ilha voce usou um "preenchimento" em triângulo, isso pra manutenção (troca do componente) é horripilante, pois voce precisa de muita potência térmica do ferro de solda para tirar o componente dali. Por isso usamos a ligação das trilhas com o plano terra não totalmente preenchida, como na segunda foto que voce postou (canto direito inferior)

  7. #6
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    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    Ai meu deus.... vocês tão falando de coisas que nem engenheiros formados manjam..
    Vou dar um resumão sobre fabricação de PCI para ajudar vocês:

    Indutores, capacitores e resistores em trilhas se chamam Microstrips, só são possíveis em circuitos de RF, em baixas frequências (60Hz por ex) uma microstrip teria 10km para ter efeito indutivo ou capacitivo, enquanto em 2.4GHz uma trilha de 1mm já transforma-se em uma linha de transmissão do tipo microstrip e problemas de acoplamento e emissão eletromagnetica aparecem. Tudo isso é ultra mega hyper complicado até para engenheiro, isso é papo de mestrado e doutorado.

    O formato da microstrip (zigzague ou sei la o que) não tem absolutamente nada a ver com o tipo de impedância (capacitiva ou indutiva), são outros parâmetros que influenciam.

    Concelho? Esquece essa coisa de impedância, capacitância e indutância nas trilhas.

    O que precisa-se saber para projetar uma boa PCI?
    1) Espessuras de trilhas
    1mm de trilha ~ 1A de corrente
    Para cada âmpere de corrente usa-se 1 mm de largura de trilha geralmente, informações precisas dependem da espessura da folha de cobre da placa (informação de fabricante) e o google ajuda a dmensionar.

    2) Interferências:
    Trilhas de circuitos com alta frequência de chaveamento e alta corrente geram interferências, como filtra-las? Adicionando uma trilha de terra nos 2 lados de mesma espessura, tá na dúvida ? Toca uma malha de terra e isso vai resolver.

    3) Design Rule Check
    Isso é o principal.
    As regras de DRC são dadas pelo fabricante da placa (são as minimas espessuras, minimos furos, etc..) essas regras devem ser seguidas a risca se não a placa não funciona nem a pau.

    abração.
    Bom, isso que você falou não tirou nada do que foi dito, apenas somou mais em consideração afinal ninguém falou em frequências baixas e detalhes específicos. Com certeza para o que ele quer vai funcionar 100% só não disse isso a ele.
    O dia que ele fizer um projeto que entre em frequências mais altas deverá cuidar desses detalhes, aí você poderá dar uma mão para ele.
    Ah, conselho é com "s".

  8. #7
    Membro Avatar de tchelobh
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    Qual o objetivo real dessas placas? A não ser em aplicações de extrema alta performance, você não precisa de preocupar com nada dos detalhes que você citou acima.

    Sobre colocar uma Cooper Surface na PCI inteira conectada a net de GND, eu acho uma boa ideia *se e somente se* você estiver usando uma fonte de tensão externa a placa (transformador, fonte regulada), pois você pode conectar esse terra ao terra da fonte. Deixar esse terra "flutuando", por exemplo em uma placa alimentada a uma bateria, não é uma boa prática.

    E reiterando o que foi dito acima, pra projetos simples (e.g. circuitos de microeletronica / eletronica, baixa frequência, que não seja de potência..), preocupe-se com a regra de 1mm = 1A e com as DRC´s, só.

    E dica final, se vc é estudante, corra do pic e voa pra estudar a arquitetura ARM. Sugiro começar com o ARM7. Tem um uC da NXP, o LPC2103, que é bem de boa para começar, e tem um arsenal de periféricos de dar inveja. Se precisar de dicas sobre a arquitetura ARM e talz, pode perguntar aqui que eu vejo se consigo te ajudar em alguma coisa (estou iniciando, tb..).

    Abraços!
    Última edição por tchelobh : 15-09-2009 às 20:09

  9. #8
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    Eu sempre usei o eagle e fazia tudo na raça

  10. #9
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    O que são os PCIs? Não seriam PCBs?

  11. #10
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    Citação Citando Spidey Ver mensagem
    O que são os PCIs? Não seriam PCBs?
    Placas de Circuito Impresso... (Acho bacana adotarmos nomes em português, em vez de Printed Circuit Board por exemplo.)

  12. #11
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    Em primeiro lugar, agradeço a colaboração de todos.

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    Indutores, capacitores e resistores em trilhas se chamam Microstrips, só são possíveis em circuitos de RF, em baixas frequências (60Hz por ex) uma microstrip teria 10km para ter efeito indutivo ou capacitivo.
    Entendi. As microstrips precisam ser muito grandes para ter uma indutância significativa para freqüência baixas, visto que a reatância indutiva seria muita baixa. Já para freqüência muito elevadas, qualquer valor mínimo de indutância faria a reatância indutância reativa ser alta.

    Encontrei essa página aqui que calcula a indutância de uma microstrip, testei alguns valores pequenos de comprimento (algumas polegadas), largura etc...e o valor da indutância foi bem menor que 1 uH, o que confirma o que você falou.

    http://www.daycounter.com/Calculator...lculator.phtml

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    1mm de trilha ~ 1A de corrente
    Para cada âmpere de corrente usa-se 1 mm de largura de trilha geralmente.
    Essa regra geral eu já conhecia e acabei esquecendo de postar, mas valeu por lembrar

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    2) Interferências:
    Trilhas de circuitos com alta frequência de chaveamento e alta corrente geram interferências, como filtra-las? Adicionando uma trilha de terra nos 2 lados de mesma espessura.
    Não sabia dessa.

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    3) Design Rule Check
    Isso é o principal.
    As regras de DRC são dadas pelo fabricante da placa (são as minimas espessuras, minimos furos, etc..)
    Isso aí eu já sabia e esqueci de postar também.
    Conheco uma empresa que faz placa e uma regra de DRC eh a espessura minima de 12mils (0.3048mm) e o diametro minimodos furos de ilhas/vias eu nao lembro agora.

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    Outra coisa.. tuas placas estão excelentes, se não houver erro de DRC ou projeto vai funcionar.
    Quanto a comprimento de trilhas iguais para os sinais, esquece, as frequências não são altas o suficiente para se preocupar com delay de bit
    Essa placa aí vai ter:
    - dsPIC30F4013 rodando a 120MHz
    - USB Full Speed --> 12Mbps
    - Ethernet 10 Base-T --> 10Mbps
    - Interface SPI entre dsPIC30F4013 e o controlador Ethernet --> 12Mpbs (mas posso diminuir)

    Não é nada profissional/comercial essa placa (visto que todos componentes sao PTH, sem nenhum SMD e o tamanho dela estã meio grande pro numero de componentes que ela vai comportar). Quero fazer uma placa do que está montado na minha protoboard para desocupá-la. Vai ser uma placa de desenvolvimento para mim. Já consegui comunicar USB e Ethernet e estou estudando os protocolos do modelo OSI pra implementar uma TCP/IP stack nele, mas preciso desocupar a protoboard logo.

    Eu sei que a freqüência dos sinais dos periféricos que eu vou usar não é muito elevada e que provavelmente a placa irá funcionar corretamente, mas sempre que detecto possibilidades de otimizações em layouts, executo-as.

    Citação Citando Beast Ver mensagem
    Posso adicionar mais um comentário ao do Fanl?

    No PDF que vc incluiu, vi que em algumas junções de trilha com ilha voce usou um "preenchimento" em triângulo, isso pra manutenção (troca do componente) é horripilante, pois voce precisa de muita potência térmica do ferro de solda para tirar o componente dali.
    Mas se eu retirar o preenchimento em triângulo, aquelas trilhas se cruzariam em um ângulo de 90 graus. Como poderia resolver isso então sem ser com preenchimento em triângulo?

    Citação Citando tchelobh Ver mensagem
    Qual o objetivo real dessas placas?
    Um placa de desenvolvimento que eu mesmo vou fazer para comunicar USB e Ethernet. O objetivo principal mesmo é Ethernet. Colocar o meu device numa rede local e futuramente fazer um webserver com o controlador Ethernet, mas ainda vou ter que
    aprender muito até chegar neste ponto.

    Citação Citando tchelobh Ver mensagem
    E dica final, se vc é estudante, corra do PIC e voa pra estudar a arquitetura ARM. Sugiro começar com o ARM7. Tem um uC da NXP, o LPC2103, que é bem de boa para começar, e tem um arsenal de periféricos de dar inveja. Se precisar de dicas sobre a arquitetura ARM e talz, pode perguntar aqui que eu vejo se consigo te ajudar em alguma coisa (estou iniciando, tb..).
    Eu uso os MCUs da Microchip porque aprendi a programar com eles e já usei quase todas as famílias (10F,12F,16F,18F,dsPIC30F) e quase todos os periféricos existentes neles. Ainda quero testar os PICs 32MX (com processador de 32bits).
    Só não aprendi a utilizar MCUs de outras empresas pois ainda não tive oportunidade, mas com certeza gostaria de aprender a usar MCUs da NXP, Motorola/Freescale e ATMEL. Daqui alguns meses eu vou trabalhar em outra empresa e lá eu terei a oportunidade de usar MCUs da NXP, pois eles usam MCUs NXP, Microchip e ST Microeletronics e processadores PowerPC nos projetos mais complexos. Há alguns clientes deles que exigem microcontroladores NXP, por exemplo.

    Eu até já olhei datasheets de alguns LPCs. Notei uma coisa de cara: O LPC era um modelo simples e tinha conversor D/A integrado. Conversor D/A em PIC não existe em modelos básicos, só em modelos que são caros. Notei outras diferenças também, mas não lembro o que era. O ARM7 é processador de 16 ou 32bits? Tem o ARM9 e o ARM11 também né? Deve ser muito foda esses, nao desmerecendo o ARM7 que tambem deve ser muito bom.

    Pergunta sobre os LPCs: quanto custa aproximadamente um modelo com boa disponibilidade aqui (fácil de encontrar)? Custa caro um programador? No meu caso teria que ser USB, pois não tenho porta serial nem paralela. O LPC que vc usa é de encapsulamento DIP, SOIC? Prefiro DIP pra colocar na protoboard. Quanto custa o modelo do LPC que vc usa? Quanto ele tem de momoria de programa/ram/eeprom. Qual a frequencia maxima que ele roda e quantos MIPS ele executa? De quais destes perifericos ele eh dotado? EUSART, I2C, SPI, USB, ETHERNET, A/D e D/A (quantos bits) etc. Estou ate pensando em comprar um programador pra MCUs da NXP, saberia me recomendar algum?

    Citação Citando Fanl Ver mensagem
    abração.
    Citação Citando tchelobh Ver mensagem
    Abraços!


    Última edição por Don Picon : 17-09-2009 às 2:31

  13. #12
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    ---> Ouvi falar também que é bom usar trilhas em um sentido numa face e em outro sentido na outra face.
    Por exemplo: trilhas na vertical numa face e trilhas na horizontal na outra. Isto confere?

    ---> Que softwares vc usam atualmente (e quais outros sabem usar) para layout de placas?

    tchelobh:

    Olhei o datasheet do LPC2103
    qual destes vc ta usando?

    - LPC2103FBD48
    - LPC2103FHN48
    - LPC2103FHN48H

    O LPC2103FBD48:

    - R$ 20,32 Na Farnell
    - Alimentacao de 3.3V
    - Flash memory = 32K
    - RAM = 8 kB
    - ADC = 8 entradas x 10bits x 400K samples
    - 2 UARTs, 2 SPI e 2 I2C (em pinos separados)
    - RTC integrado com pino VBAT e cristal de 32.768 externo
    - FMax = 70 MHz
    - O nucleo é ARM 16 ou 32-bits????????? (o datasheet confunde)
    - Quantos MIPS? 70? 35?
    - Há LPCs com modulo USB e/ou Ethernet integrado?

    Depois de olhar o datasheet, cheguei a conclusao que tenho que aprender a usar esses MCUs da NXP.

    - O preco está muito bom para os recursos que ele tem

    Vou comparar aqui um pouco esse MCU da NXP com os MCU da Microchip que estao +- na mesma faixa de preco.

    - Os pics nessa faixa de preco nao possuem RTCs, que eu saiba
    - Os pics nessa faixa de preco possuem RAM de 2kb geralmente (2kb para 8kb é muita diferenca pra um MCU)
    - Quando ao conversor AD é praticamente igual
    - Os pics nessa faixa de preco nao possuem MAIS DE UMA interface I2C e SPI no mesmo CI. E o pior, geralmente os pinos usados pela I2C sao os mesmos utilizados pela SPI, logo nao daria pra usar a interface SPI e I2C dele simultaneamente (só fazendo gambiarra).
    - UARTs: sem diferenca
    - Os pics nessa faixa de preco geralmente tem Fmax de 48Mhz e nao possuem nucleo ARM
    - Os pics nessa faixa de preco geralmente usam processadores de 8bits.
    - Notei uma melhor disposicao dos pinos do LPC2103 do que nos PICs, principalmente quanto a interfaces I2C e SPI.
    - Pelo que entendi esse LPC nao possui modulo PWM, enquanto quase todos pics dessa faixa possuem

    Ou seja, só vi vantagens do NXP em relacao aos PICs. Apartir de agora é questao de tempo eu aprender a usar NXP.

    - Voce faz firmware em assembly? C? outro? o compilador C da NXP é o Keil?

    O PIC com nucleo de 32bits e com maior numero de recursos é o PIC32MX460F512L:

    - R$ 43,44 na Farnell (achei bom a relacao custo x recursos)
    - 100 pinos
    - Clock Max = 80 MHz (80 MIPS)
    - Program Memory = 512k (+12k pra bootloader)
    - RAM = 32k
    - 16x A/D 10bits x 1Msps
    - 2-UART, 2-SPI, 2-I2C (separadas)
    - USB 2.0 Full Speed Host (controla barramento USB) ou USB 2.0 Full Speed Device
    - RTC
    - DMA

    Ve aí o LCP com maiores recursos possiveis pra essa faixa de preco (R$40~50 baseado no preco da Farnell) para compararmos.
    Ja prevejo vantagem do NXP


    Abraco!
    Última edição por Don Picon : 17-09-2009 às 5:10

  14. #13
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    PIC, grrrrrrrr, AVR PAV(Para a vitoria)!

  15. #14
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    Todo ARM é 32 bits, só que tem capacidade de rodar modo Thumb, que é 16 bits... Dependendo da aplicação você pode rodar em Thumb tranquilamente, com a vantagem de usar menos RAM e menos FLASH....

    E realmente, micro controlador hoje em dia é ARM... A série LPC da NXP é fenomenal e tem um custo benefício muito bom, mas, não raro se usa ainda derivados de 8051 ou de PIC, pois dependendo da aplicação, não vale a pena gastar 4 reais a mais por um monte de coisa que não vai usar, em escala, 10 mil unidades, são 40 mil reais economizados. Mas para uso amador, sem dúvida abraça os LPC's que são excelentes...

    Aqui usamos ARM tanto da NXP como da Atmel, mas volta e meia usamos algum derivado de 8051 para projetos mais simples. Se vai enveredar para esse lado, é bom pegar um pouco de experiência em cada uma dessas arquiteturas, 8051, PIC e ARM, pois todas são muito utilizadas.

  16. #15
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    Citação Citando Hinotori Ver mensagem
    Todo ARM é 32 bits
    Se um ARM está sendo usado como 32bits, significa que ele irá executar uma instrucao por clock?
    EX: Se o clock = 60Mhz e faz 60MIPS (60 mi inst por segundo)


    PIC eu ja conheco bem. Quero comecar mesmo a estudar a arquitetura arm, mas primeiro quero comprar um programador e pelo menos um MCU pra mim poder fazer testes em casa mesmo, tenho tudo aqui: fonte, um monte de MCU pic (e programador para eles), componentes.

  17. #16
    Membro Avatar de tchelobh
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    Opa, mal a demora cara!
    Citação Citando Don Picon Ver mensagem

    Eu até já olhei datasheets de alguns LPCs. Notei uma coisa de cara: O LPC era um modelo simples e tinha conversor D/A integrado. Conversor D/A em PIC não existe em modelos básicos, só em modelos que são caros. Notei outras diferenças também, mas não lembro o que era. O ARM7 é processador de 16 ou 32bits? Tem o ARM9 e o ARM11 também né? Deve ser muito foda esses, nao desmerecendo o ARM7 que tambem deve ser muito bom.
    Sobre os periféricos, é oq eu tinha comentado! Poxa, o LPC2103 que é um dos mais baratos da série (sai a aproximadamente U$ 2,07 cada) vem com:
    - Conversor AD
    - 2 timers de 32 bits e 2 timers de 16 bits
    - PWM (meio fajuto, + da pra enganar)
    - Slow e fast GPIO
    - Tabela de interrupções vetorizada
    - Conversor DA
    - Suporte a rede CAN
    Entre outros, que eu não lembro agora..

    Como ja foi dito acima, o ARM7 é nativo 32 bits mas tem suporte ao THUMB, que é um set de instruções de 16 bits. (http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture#Thumb). Sobre as arquiteturas do ARM9 e ARM11, eu sei que elas são BRUTAS ehaiueha. O ARM11 usa uma pipeline de 9 estágios () contra 3 do arm7!
    E sei que a ARM vai dominar o mundo! Já tem um projeto de um ARM Cortex dual core operando a 2GHz, gastando 250mW por core!!! (http://www.tgdaily.com/content/view/43991/135/)
    Ow, mal aí + eu entrei rapidão, amanhã a noite eu vejo se entro pra terminar de responder as perguntas! Agora eu tenho que sair.. Se não tomar uma no sabado minha semana inteira vai pro saco :P

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