为什么LPC21xx的引脚分布到处都是？

我在一家机器人公司担任冬季实习生。我的工作是协助主要的嵌入式开发人员进行……他需要我提供的任何帮助。

大约一周前，我收到了上面装有LPC2148的NXP黑板。尽管我喜欢更高的处理能力（与我一直在研究的ATmega32相比），但是我发现基于ARM7的控制器有些奇怪。如果你看这里的引脚

您会注意到端口引脚到处都是。在AVR系列中，所有端口引脚都排列整齐。为什么在LPC21xx中不是这样？我根本找不到任何逻辑，它们没有按引脚号或功能进行排列（就像所有JTAG引脚在一起）。设计师似乎只是以随机形式堆叠了引脚。

任何机构都可以解释其背后的原因吗？

这肯定是芯片内部布局的结果，再加上在微控制器应用中很少需要连续的IO引脚块来制造宽总线等事实，因此将其组合在一起不是一个优先事项并且不值得花费额外的硅面积。当然，这种逻辑在带有外部总线接口的部件上会有些问题，这使得布局（尤其是QFP）有点像噩梦，但是无论如何，批量用户可能仍会使用BGA来节省空间-我一直认为208QFP看起来有点荒谬。 ！

引脚排列如常的原因很多。

首先最容易解决的是电源/接地引脚。高级芯片将布置其电源/接地引脚，以最大程度地减小电感并减小信号加信号返回路径的“环路面积”。这将改善信号质量并降低EMI / RFI。对于电源/地面，最糟糕的事情是在原始74xxx系列零件上做的，一个角上有电源，另一角上是地面。 赛灵思在其“稀疏V形”布置方面有一份白皮书很有趣。 如果您在他们的网站上搜索，他们还会有许多其他论文和演示文稿与实际测量结果和内容进行讨论。其他公司也做过类似的事情，而没有大肆宣传和记录。

对于大多数引脚都是用户可配置的MCU，实际上没有一种好或不好的方法来进行引脚排列（不包括电源/地）。几乎可以保证，无论他们做什么，都是错的。就像我们为妻子购买礼服一样，无论大小，款式，颜色，合身性等等，都会有错误。您可以使用不同的GPIO引脚或创新的PCB在软件中进行补偿布线，或通过非创造性的PCB布线（也就是添加更多层）。

另一种可能性是引脚已被路由上最小层PCB优化，但你没有看到这一点。例如，要求连接到特定芯片组（或RAM）的CPU通常具有其引脚排列，以使接口/路由更容易。这在诸如Intel CPU的w / Intel芯片组之类的情况中很常见。那是使两个800+球BGA在填充其他电源/接地层的4或6层PCB上连接在一起的唯一方法。在这些情况下，通常会有应用说明来解释如何进行路由。

第三种可能性是，它就像“这就是最终结果的方式”一样简单。这类似于“无论做什么，都会错的”方法，因此他们只会做最简单或最便宜的事情。这里没有真正的魔术，也没有神秘。在过去，有一些芯片很流行，但人们会抱怨其引脚分布。因此，几年后，该部件的另一个版本将面世，功能相同，但引脚移动以促进PCB布线。

无论如何，最终“它就是它”，我们就处理它。老实说，它不会引起太多问题，而且我们已经习惯了它，不会打扰我们（很多）。

IC引脚排列实际上取决于封装内芯片上电路的布局。

IC布局设计人员有多种考虑，但外部引脚分配与管芯焊盘布置之间的差异不太可能。

考虑因素之一是芯片周围的功率分配，这意味着VDD（或VCC）和地可能会出现在意想不到的位置。

总是有一个很好的理由。相信我，IC设计人员不会随意做事。

如果仔细看，您会看到它们是按顺序排列的，但没有组合在一起。这可能归结为芯片的制造容易程度。

它与给定信号足够靠近裸片边缘以在此处制作焊盘的位置有关。这决定了引脚的顺序。有时可以切换一些信号，但是将它们全部按逻辑顺序排列可能会增加芯片的尺寸，这意味着额外的成本。

IC可以具有重新分配层，该层可以将任何引脚映射到任何位置，但这只会使裸芯片成本增加5-10％。

每个制造商都选择以下方式之一：

1）设计带有固定输出引脚的芯片（更大的芯片=>更昂贵的芯片）

2）随机插针（更便宜）

3）额外增加一层（制造成本更高）

原因是，按逻辑顺序排列引脚的位置在芯片公司的优先级列表上要低得多。他们关心的大多数设计师（通常不包括业余机器人爱好者）将使用在某些库中具有引脚排列的CAD软件包，因此他们也不在乎。因此，其他因素（例如芯片的有效布局）更为重要。

请注意，对于某些引脚，芯片制造商需要注意：

• 平衡对（以太网，USB）位于下一个或关闭位置
• xtal连接紧密（附近有接地引脚，但在某些PIC上没有）。
• 接地和电源引脚在下一个或闭合位置，因此可以在引脚附近添加去耦帽

我记得30年前，我曾尝试制作单面Z80计算机PCB。我路由了大多数线路，但是那些愚蠢的数据总线引脚使其不可能。