EasyARM2200硬件设计的几点改进意见zz

发信人: gdtyy (gdtyy), 信区: Embedded
标  题: EasyARM2200硬件设计的几点改进意见
发信站: 水木社区 (Mon Jun 25 23:42:42 2007), 站内

EasyARM2200硬件设计的几点改进意见

    最近用EasyARM2200学习ARM开发，发现了该板的一些问题和很多可以改进的地方。希望
这些建议能有助于大家将开发板变成产品。

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    *孔*
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    EasyARM2200的4个安装孔制作错误。正确的做法是，在环形/马蹄形焊盘上均匀分布8个
金属化小孔，中间孔非金属化(不沉铜)。这是因为安装孔通过螺丝接壳地，壳地属于模拟地
，模拟地和数字地需要单点/多点(高频时)接地。如果金属化中心孔，由于安装孔孔径较大
，相当于大面积接地，导致模拟地和数字地大面积连接在一起，无法抑制相互间的干扰。
EasyARM2200板安装孔中心金属化使得8个小孔成了摆设。
    该板C26、C27、C28三个电容共用一个过孔也是不恰当的，至多两个器件共用一个过孔
，超过此限制，电容将失去作用。

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    *网络电口*
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    10M网络电口处理有误。因为现场的五类双绞线可能长达100多米，是非常大的干扰源，
RJ45接口应该尽量伸出板外，减少进入板内的双绞线长度，把干扰挡在外面。另外，在变压
器下面，应在对应初次级之间的铜皮上开槽分割接口地和数字地，然后通过0欧电阻将两种
地单点连接在一起。如果不分割，就相当于模拟地和数字地大面积连接，违背单点接地准则
。

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    *灯*
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    指示灯应该显示清晰、不刺眼、亮度相同。我发现所有指示灯都很清晰，只是
LED1-LED8比较刺眼，有损用户视力健康，而且上电指示灯、网卡指示灯、LED1-LED8亮度不
一致。另外，LED1-LED8的限流电阻最好用表贴组排(省地儿)。

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    *电源*
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    板上电源部分没有和数字部分分割，而是在电源下面大面积铺数字地，此举不但无益于
降噪，反而通过地铜将噪声传播得到处都是。模拟地无论如何也要跟数字地一点接地，大面
积连接或者不区分模拟数字的做法肯定是错的，公共地噪声不能忽略。
    不赞成7805的散热片平躺在板子的地铜上，因为这样最终还是将热量散到了板子上，而
7805附近是LDO，具有过热保护功能，对热敏感，所以，最好将7805背着散热片竖放在风道
上，这样热量更容易散出板外。
    7805电源边上放高速的USB功能块也不大合适，应该远离。
    供电首选开关电源，功率大，效率高。不过，LDO低压差线性电源响应快，噪声小，电
路简单，成本低，适于小电流应用。由于是电阻分压，功耗较大。本板3.3V和1.8V均由5V产
生似不妥，因为5V和1.8V压差大，所以功耗也大。建议由5V产生3.3V，再由3.3V产生1.8V。
如果上电顺序要求1.8V先开始，可以通过串二极管延时，满足上电时序要求。感觉由3.3V给
1.8V供电应该没有太大负担,3.3V LDO可以带动整个板子工作。

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    *上下拉电阻*
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    总体感觉本板上下拉比较弱，如果用10K电阻上拉，3.3V电压情况下，最多才0.33毫安
电流，负载稍微一重，上拉必定失效。建议上拉用4.7K，下拉用1K，这种属于强上下拉电路
，信噪比高，稳定性好。如果图纸上给出了更小的阻值，如510欧下拉，说明1K电阻也不能
可靠下拉，此时应选择那个阻值小的电阻。功耗与电压平方成正比，与电阻成反比，降低功
耗主要依赖于降压和降频，4.7K和1K电阻对功耗影响是可以容忍的，这是提高稳定性的代价
。
    本板有些上下拉是直接接电源/地，没有经过任何限流电阻，这种做法比较危险，一旦
电流倒灌/过流，后果不堪设想。如8019、LCD、74HC595上有直接接的。
    8019的一些引脚悬空了。对于CMOS电路，输入和输出绝对不能悬空，否则会发生闩锁现
象烧毁器件。对于内部有缺省上下拉的，原则上一律视其不存在。因为芯片内部不容易做电
阻，用三极管/场效应管做出的电阻太大且不精确，原则上可靠性应由外部电路保证，不能
过分依赖于芯片自带的缺省电路。

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    *串口电路*
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    本板两个串口使用的DB9封装已经过时，它太大了，笔记本电脑上的DB9被取消的现状就
是最好的证明。现在流行的串口封装是RJ45，经常看到老外板子上用。可以接MODEM的全串
口有9个引脚，其中RI可以去掉，因为，目前的MODEM都有自动应答功能，不需要RI，这样，
剩下的8根引脚正好可以利用RJ45的4对双绞线传输。如果是3线串口，那么一个RJ45更可以
同时带2个串口。RJ45比DB9小一半的体积，而且价格便宜，不用区分公母，防插反，水晶头
带自锁功能，连接方便可靠，尤其适合嵌入式应用，有助于减小板面积。为什么不用呢！？
    EasyARM2200串口没有热插拔保护电路，不适合工业应用。本板配套的串口线很短，加
上232驱动电路一般有20KV ESD防护功能，也许做实验时不会发生问题，但是在工业现场，
串口线往往长达15米或更长，此时，静电积累，热插拔问题都比较突出，不加额外保护几乎
肯定会发生闩锁现象，导致串口失效。总是频繁的出问题，用于售后服务的费用将影响利润
。建议加上阻容感保护电路，防止烧毁串口的现象发生。

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    *接插件*
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    有时，单个板子工作正常，几个板子连在一起就不正常，往往是由于接插件排布不合理
造成的。本板似乎没有考虑接插件的排布问题。例如：时钟线的两侧和对面应该是地，高压
和低压电源间用地隔开，信号线与电源间要隔地，电源附近走地或低速信号等等。本板上凡
是使用标准接插件的地方就排布的相当专业(如CF卡、IDE接口、JTAG接口、PACK接口)，凡
是自己定义的地方就有问题，例如：J5竟然在+5V对面安排P0.25信号线而不是地，J4把+5V
和地远远分开，形成很大的环路面积，既干扰别人，又容易受别人干扰，正确作法是+5V下
安排地，正好也可以把5V电源和p0.29隔开。
    只通过一根插针向外输出电源，似显得电流不够，因为好像本板所有电地都是用十字花
盘连接的，电流就更小了，建议多用几根针连接电源。
    USB和板子连接的接头为什么空那么多，把不用的脚接电地似乎更好。建议增加3.3V数
目，且将3.3V远离其他信号。

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    *传输线*
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    10M网口的阻抗匹配似乎有误，源端匹配应靠近源端放置器件，终端匹配应靠近终端放
置器件。差分线应靠近且等长，单根50欧，双根100欧，线宽和线间距应根据板子介电常数
，厚度和特征阻抗算出。

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    *时钟*
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    8019的20M晶体靠近板边似不妥，建议收在板内。
    晶体比晶振性能差，况且价格逐渐接近，建议可能的话尽量用晶振。
    CPU自带PLL效果肯定不会好于单独的PLL芯片，一是PLL厂商在PLL方面肯定比CPU厂家更
专业，二是CPU里集成的PLL面积小，不易设计。PLL倍频最好是整数。

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    *负载均衡*
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    CPU的D0-D7/A0-A7驱动了5个器件：8019、USB、SRAM、FLASH、LCD，似乎负载过重，一
般TTL可以直接带8个负载，一般取6，CMOS器件带负载能力更弱，还应酌情减少。建议使用
电平移位器74LVC4245在3.3V和5V CMOS器件间转换电平，而不是通过电阻升压实现。LCD、
CF、IDE接电缆前最好加功率驱动。

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    *效率*
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    用GPIO连接IDE/CF虽然可以减轻CPU数据线和地址线负荷，但这样做效率太低了。建议
用CPLD增加译码电路和DMA部分，使得块设备吞吐效率提高。

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    *看门狗*
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    原则上，不能自己监视自己，严格地说，用CPU自带硬件WDT也不行。可靠性要求高时最
好用外狗且CPU与狗尽量远离，不在同一环境。

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    *其他问题*
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    《基础实验教程1》第8页，JTAG复位与上电复位连在一起形成“线与”关系，应该是“
线或”。英文为wireor或者lineor。用“线或”的中文或英文关键字才能找到有用资料，用
“线与”关键字找到的资料十有八九是错误文档。漏级开路或者集电极开路的输出可以直接
连在一起，通过上拉电阻可以实现“线或”功能。明明是与的关系，为什么叫“线或”？因
为，老外们所说的信号指的是OC/OD门驱动前的信号，那个OC/OD门是个反相器，有功率放大
作用，如果驱动后的信号是与的关系，那么根据布尔逻辑，两个信号取反后是与的关系，那
么，这两个信号就是或的关系。
    同样的错误在《USB驱动开发》54页也有，“后台ISR(中断服务程序)和前台主程序循环
之间”正好写反了。ISR是前台，主循环是后台。

    《基础教程》209页说明UART1时，称其为MODEM接口，此时，将RTS解释成请求发送；将
CTS解释成清除发送；DTR---数据终端就绪；DSR---数据设备就绪，实为不妥。
RTS/CTS/DTR/DSR是RS232标准，很早以前由EIA制定。MODEM由贺氏公司重新定义，和232名
称一点关系也没有。RTS/CTS在232里用于半双工下的收发切换，或者全双工下的硬件流控；
在MODEM里只用于硬件流控或不用，哪里还有请求/清除发送的丁点儿意思。MODEM中DTR在
DTE准备拨号时置为有效，DSR在MODEM准备好后有效。这些名称越来越脱离最早定义他们时
候的含义，这主要是因为早先232用于电传打字机，后来用于DTE和DCE连接，再后来演化为
异步串行口，现在成了通用异步串行收发器UART。总之，人们不愿意为计算机增加新的IO口
，导致原有串口接入设备种类越来越多，造成理解上的混乱。例如：周工网站上的UART芯片
速度已达十几兆，早就不是232标准了。建议讲MODEM时注明引脚名称的字面解释已过时，不
适合MODEM。否则，讲贺氏标准的MODEM串口时却用232标准的引脚名称，怎能不让人费解。

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