關(guān)于嵌入式硬件電路設計的基本功論述

　　我走的電子開(kāi)發(fā)道路其實(shí)和大多數人說(shuō)的一樣，基本的路線(xiàn)為模擬電子(熟練)→數字電路設計(掌握)→單片機(項目開(kāi)發(fā))→ARM硬件設計(項目開(kāi)發(fā))→linux學(xué)習→linux驅動(dòng)學(xué)習→ARM&linux底層開(kāi)發(fā)(項目開(kāi)發(fā))→ARM&linux頂層開(kāi)發(fā)(項目開(kāi)發(fā))→項目經(jīng)理。我現在還在路上折騰，現在將我的教訓和心得拿來(lái)給大家分享，希望對于新手有借鑒。

　　嵌入式設計是個(gè)龐大的工程，今天就說(shuō)說(shuō)硬件電路設計方面的幾個(gè)注意事項，首先，咱們了解下嵌入式的硬件構架。

　　我們知道，CPU是這個(gè)系統的靈魂，所有的外圍配置都與其相關(guān)聯(lián)，這也突出了嵌入式設計的一個(gè)特點(diǎn)硬件可剪裁。在做嵌入式硬件設計中，以下幾點(diǎn)需要關(guān)注。
 

 

　　第一、電源確定

　　電源對于嵌入式系統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、二氧化碳和氮氣等但是含量穩定，這就相當于電源系統中各種雜波，我們希望得到純凈和穩定符合要求的電源，但由于各種因素制約，只是我們的夢(mèng)想。這個(gè)要關(guān)注兩個(gè)方面：

　　a、電壓

　　嵌入式系統需要各種量級的電源比如常見(jiàn)的5v、3.3v、1.8v等，為盡量減小電源的紋波，在嵌入式系統中使用LDO器件。如果采用DCDC不僅個(gè)頭大，其紋波也是一個(gè)很頭疼的問(wèn)題。

　　b、電流

　　嵌入式系統的正常運行不但需要穩定足夠的電源，還要有足夠的電流(其實(shí)就是功率達到要求)，因此在選擇電源器件的時(shí)候需要考慮其負載，我設計時(shí)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(xiàn)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。
 

 

　　第二、晶振確定

　　晶振相當于嵌入式系統的心臟，其穩定與否直接關(guān)系其運行狀態(tài)和通訊性能。常見(jiàn)的振有無(wú)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(lèi)型。

　　a、無(wú)源晶振

　　其匹配電容和匹配電阻的選擇，這部分一般依據參考手冊。在單片機設計中，經(jīng)常使用插件晶振配合瓷片電容。在A(yíng)RM中，為了減少空間和便于布線(xiàn)，經(jīng)常使用四角無(wú)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，但是為了達到萬(wàn)無(wú)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節。

　　b、有源晶振

　　具有更好的更準確的時(shí)鐘信號，但是相比之下，比無(wú)緣晶振價(jià)格高，因此這也是在硬件電路設計中需要關(guān)注的成本。

　　在做電路板設計時(shí)需要注意晶振走線(xiàn)盡量靠近芯片，關(guān)鍵信號遠離時(shí)鐘走線(xiàn)。在條件允許的情況下增加接地保護環(huán)。如果是多層板，也要講關(guān)鍵信號遠離晶振的走線(xiàn)。

　　第三、預留測試IO口

　　在嵌入式調試階段，在管腳資源豐富的情況下，我通常預留一個(gè)IO口連接led或者喇叭，為下一步軟件的編寫(xiě)做鋪墊。在嵌入式系統運行過(guò)程中適當控制該IO接口，從而判斷系統是否正常運行。
 

 

　　第四、外擴存儲設備

　　一個(gè)嵌入式系統如果有電源、晶振和CPU，那么這就是我們熟悉的最小系統。如果該嵌入式系統需要運行大點(diǎn)的操作系統，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，那么在硬件設計上不用過(guò)多的考慮地址線(xiàn)的使用。如果沒(méi)有相關(guān)的控制器，那么需要注意地址線(xiàn)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(xiàn)等長(cháng)以確保信號的延時(shí)相等，時(shí)鐘和DQS的差分信號線(xiàn)走線(xiàn)。在布線(xiàn)的時(shí)候各種布線(xiàn)技巧需要綜合使用，例如與cpu對稱(chēng)分布，菊花鏈布線(xiàn)、T型布線(xiàn)，這都需要依據內存的個(gè)數多少來(lái)進(jìn)行選擇，一般來(lái)說(shuō)個(gè)數越多，布線(xiàn)越復雜，但是知道其關(guān)鍵點(diǎn)，一切迎刃而解。

　　第五、功能接口

　　一個(gè)嵌入式系統最重要的就是通過(guò)各種接口來(lái)控制外圍模塊，達到設計者預設的目的。常用的接口有串口(可用來(lái)連接藍牙，wifi和3G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，做好電磁兼容設計是重要的一項工作。除此之外，在LAYOUT的時(shí)候注意差分線(xiàn)的使用。

　　第六、屏幕

　　這個(gè)功能之所以單獨列出來(lái)，是由于其可有可無(wú)。如果一個(gè)嵌入式系統只是作為一個(gè)連接器連接外圍設備模塊，通過(guò)相關(guān)接口連接到電腦主機或者直接掛在網(wǎng)絡(luò )上，那么屏幕就不需要了。但是如果做出來(lái)的是一個(gè)消費類(lèi)產(chǎn)品，與用戶(hù)交互頻繁，這就不得不嘮叨幾句。

　　電容屏幕是嵌入式屏幕的首選，在電路設計中需要注意觸屏連接線(xiàn)和顯示屏連接線(xiàn)的布局。在走線(xiàn)的過(guò)程中盡量短的靠近主控cpu，同時(shí)注意配對信號走差分線(xiàn)，RGB控制信號走等長(cháng)。各種信號走線(xiàn)間距遵循3W規則，避免相互干擾。 在屏幕的設計中，一定要確保功率和防止干擾，以防屏幕閃屏和花屏現象的出現。