草丁图书馆

  1. 首页 > 生活百科 >

你知道嵌入式硬件设计的关键细节有哪些吗？

关于嵌入式硬件设计的关键细节，你知道那些?对于电源工程师而言，嵌入式硬件设计好比一座非常庞大的山峰，要想攀登至高点，要付出多倍的努力才能看到最美丽的风景 。其实，嵌入式硬件设计是有几大关键节点的，我们今天和大家分享下关键细节，希望能在各位工程师求学的路上有所帮助!
在做嵌入式硬件设计中，以下几大关键细节需要注意：
第一、电源确定
电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用，甚至更重要：人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定，这就相当于电源系统中各种杂波，我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源，但由于各种因素制约，只是我们的梦想 。这个要关注两个方面：
a、电压
嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3.3v、1.8v等，为尽量减小电源的纹波，在嵌入式系统中使用LDO器件 。如果采用DCDC不仅个头大，其纹波也是一个很头疼的问题 。
b、电流
嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源，还要有足够的电流，因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载，我设计时一般留有30%的余量 。
如果是多层板，电源部分在layout的时候需电源分割，这时需要注意分割路径，尽量将一定量的电源放置在一起 。如果是双面板，则走线宽度需要注意，在板子允许的情况下尽量加宽 。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚 。
第二、晶振确定
晶振相当于嵌入式系统的心脏，其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能 。常见的振有无源晶振，有源晶振，首先要确定其振荡频率，其次要确定晶振类型 。
【你知道嵌入式硬件设计的关键细节有哪些吗？】 a、无源晶振
其匹配电容和匹配电阻的选择，这部分一般依据参考手册 。在单片机设计中，经常使用插件晶振配合瓷片电容 。在ARM中，为了减少空间和便于布线，经常使用四角无源晶振配合贴片电容 。虽然我们对于固定晶振的匹配电路比较熟悉，但是为了达到万无一失，还是要看参考手册确定电容大小，是否需要匹配电阻等细节 。
b、有源晶振
具有更好的更准确的时钟信号，但是相比之下，比无缘晶振价格高，因此这也是在硬件电路设计中需要关注的成本 。
在做电路板设计时需要注意晶振走线尽量靠近芯片，关键信号远离时钟走线 。在条件允许的情况下增加接地保护环 。如果是多层板，也要讲关键信号远离晶振的走线 。
第三、预留测试IO口
在嵌入式调试阶段，在管脚资源丰富的情况下，我通常预留一个IO口连接LED或者喇叭，为下一步软件的编写做铺垫 。在嵌入式系统运行过程中适当控制该IO接口，从而判断系统是否正常运行 。
第四、外扩存储设备
一个嵌入式系统如果有电源、晶振和CPU，那么这就是我们熟悉的最小系统 。如果该嵌入式系统需要运行大点的操作系统，那么不但需要CPU具有MMU，CPU还需要外接SDRAM和NANDFLASH 。如果该cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器，那么在硬件设计上不用过多的考虑地址线的使用 。如果没有相关的控制器，那么需要注意地址线的使用 。
这部分在LAYOUT的时候是一个重点，究其原因就是要使相关信号线等长以确保信号的延时相等，时钟和DQS的差分信号线走线 。在布线的时候各种布线技巧需要综合使用，例如与cpu对称分布，菊花链布线、T型布线，这都需要依据内存的个数多少来进行选择，一般来说个数越多，布线越复杂，但是知道其关键点，一切迎刃而解 。
第五、功能接口
一个嵌入式系统最重要的就是通过各种接口来控制外围模块，达到设计者预设的目的 。常用的接口有串口(可用来连接蓝牙，wifi和3G等模块)，USB接口、网络接口、JTAG接口、音视频接口、HDMI接口等等 。由于这些接口与外部模块连接，做好电磁兼容设计是重要的一项工作 。除此之外，在LAYOUT的时候注意差分线的使用 。
第六、屏幕
这个功能之所以单独列出来，是由于其可有可无 。如果一个嵌入式系统只是作为一个连接器连接外围设备模块，通过相关接口连接到电脑主机或者直接挂在网络上，那么屏幕就不需要了 。但是如果做出来的是一个消费类产品，与用户交互频繁，这就不得不唠叨几句 。
电容屏幕是嵌入式屏幕的主要部件，在电路设计中需要注意触屏连接线和显示屏连接线的布局 。在走线的过程中尽量短的靠近主控cpu，同时注意配对信号走差分线，RGB控制信号走等长 。各种信号走线间距遵循3W规则，避免相互干扰 。在屏幕的设计中，一定要确保功率和防止干扰，以防屏幕闪屏和花屏现象的出现 。以上就是嵌入式硬件设计的关键细节解析，希望能给大家帮助 。

    推荐阅读


    上一篇：关于射频电路四大基础特性的四个方面解读

    下一篇：关于单片机内部结构原理，你知道吗？