別踩坑了,細(xì)數(shù)嵌入式板卡設(shè)計(jì)的常見問題
我們知道,CPU是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂,所有的外圍配置都與其相關(guān)聯(lián),這也突出了嵌入式設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)硬件可剪裁。在做嵌入式硬件設(shè)計(jì)中,以下幾點(diǎn)需要關(guān)注。
1、電源的確定電源對于嵌入式系統(tǒng)中的作用可以看做是空氣對人體的作用,甚至更重要:人呼吸的空氣中有氧氣、二氧化碳和氮?dú)獾鹊呛糠€(wěn)定,這就相當(dāng)于電源系統(tǒng)中各種雜波,我們希望得到純凈和穩(wěn)定符合要求的電源,但由于各種因素制約,只是我們的夢想。這個(gè)要關(guān)注兩個(gè)方面:a、電壓嵌入式系統(tǒng)需要各種量級的電源比如常見的5v、3.3v、1.8v等,為盡量減小電源的紋波,在嵌入式系統(tǒng)中使用LDO器件。如果采用DC-DC不僅個(gè)頭大,其紋波也是一個(gè)很頭疼的問題。b、電流嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行不但需要穩(wěn)定足夠的電源,還要有足夠的電流,因此在選擇電源器件的時(shí)候需要考慮其負(fù)載,一般留有30%的余量。如果是多層板,電源部分在layout的時(shí)候需電源分割,這時(shí)需要注意分割路徑,盡量將一定量的電源放置在一起。如果是雙面板,則走線寬度需要注意,在板子允許的情況下盡量加寬。合適的退耦電容盡量靠近電源管腳。2、晶振的確定
晶振相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)的心臟,其穩(wěn)定與否直接關(guān)系其運(yùn)行狀態(tài)和通訊性能。常見的振有無源晶振,有源晶振,首先要確定其振蕩頻率,其次要確定晶振類型。
- 無源晶振其匹配電容和電阻的選擇,這部分一般依據(jù)參考手冊。我們在單片機(jī)設(shè)計(jì)中,經(jīng)常使用插件晶振配合瓷片電容。在ARM中,為了減少空間和便于布線,經(jīng)常使用四角無源晶振配合貼片電容。雖然我們對于固定晶振的匹配電路比較熟悉,但是為了達(dá)到萬無一失,還是要看參考手冊確定電容大小,是否需要匹配電阻等細(xì)節(jié)。
- 有源晶振具有更準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號,但是相比之下,比無緣晶振價(jià)格高,因此這也是在硬件電路設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的成本。在做電路板設(shè)計(jì)時(shí)需要注意晶振走線盡量靠近芯片,關(guān)鍵信號遠(yuǎn)離時(shí)鐘走線。在條件允許的情況下增加接地保護(hù)環(huán)。如果是多層板,也要講關(guān)鍵信號遠(yuǎn)離晶振的走線。
在嵌入式調(diào)試階段,在管腳資源豐富的情況下,我通常預(yù)留一個(gè)IO口連接led或者喇叭,為下一步軟件的編寫做鋪墊。在嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行過程中適當(dāng)控制該IO接口,從而判斷系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。4、外擴(kuò)存儲(chǔ)器
一個(gè)嵌入式系統(tǒng),如果有電源、晶振和CPU,那么這就是我們熟悉的最小系統(tǒng)。如果該嵌入式系統(tǒng)需要運(yùn)行大點(diǎn)的操作系統(tǒng),那么不但需要CPU具有MMU,CPU還需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果該cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器,那么在硬件設(shè)計(jì)上不用過多的考慮地址線的使用。如果沒有相關(guān)的控制器,那么需要注意地址線的使用。這部分在LAYOUT的時(shí)候是一個(gè)重點(diǎn),究其原因就是要使相關(guān)信號線等長以確保信號的延時(shí)相等,時(shí)鐘和DQS的差分信號線走線。在布線的時(shí)候,各種布線技巧需要綜合使用,例如與cpu對稱分布,菊花鏈布線、T型布線,這都需要依據(jù)內(nèi)存的個(gè)數(shù)多少來進(jìn)行選擇,一般來說個(gè)數(shù)越多布線越復(fù)雜,但是知道其關(guān)鍵點(diǎn),一切迎刃而解。5、功能接口
一個(gè)嵌入式系統(tǒng)最重要的就是通過各種接口來控制外圍模塊,達(dá)到設(shè)計(jì)者預(yù)設(shè)的目的。常用的接口有串口(可用來連接藍(lán)牙、wifi和4G等模塊)、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、JTAG接口、音視頻接口、HDMI接口等等。由于這些接口與外部模塊連接,做好電磁兼容設(shè)計(jì)是重要的一項(xiàng)工作。除此之外,在LAYOUT的時(shí)候注意差分線的使用。6、屏幕
這個(gè)功能之所以單獨(dú)列出來,是由于其可有可無。如果一個(gè)嵌入式系統(tǒng)只是作為一個(gè)連接器連接外圍設(shè)備模塊,通過相關(guān)接口連接到電腦主機(jī)或者直接掛在網(wǎng)絡(luò)上,那么屏幕就不需要了。但是如果做出來的是一個(gè)消費(fèi)類產(chǎn)品,與用戶交互頻繁,這就不得不嘮叨幾句。電容屏幕是嵌入式屏幕的主要部件,在電路設(shè)計(jì)中需要注意觸屏連接線和顯示屏連接線的布局。在走線的過程中盡量短的靠近主控cpu,同時(shí)注意配對信號走差分線,RGB控制信號走等長。各種信號走線間距遵循3W規(guī)則,避免相互干擾。在屏幕的設(shè)計(jì)中,一定要確保功率和防止干擾,以防屏幕閃屏和花屏現(xiàn)象的出現(xiàn)。
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