嵌入式硬件電路設(shè)計方面的幾個注意事項

嵌入式設(shè)計是個龐大的工程，今天就說說硬件電路設(shè)計方面的幾個注意事項，首先，咱們了解下嵌入式的硬件構(gòu)架。

我們知道，CPU是整個系統(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)計的一個特點硬件可剪裁。在做嵌入式硬件設(shè)計中，以下幾點需要關(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、二氧化碳和氮氣等但是含量穩(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。這個要關(guān)注兩個方面：

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不僅個頭大，其紋波也是一個很頭疼的問題。

b、電流

嵌入式系統(tǒng)的正常運行不但需要穩(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的時候需電源分割，這時需要注意分割路徑，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。

a、無源晶振其匹配電容和匹配電阻的選擇，這部分一般依據(jù)參考手冊。在單片機(jī)設(shè)計中，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)。

b、有源晶振具有更好的更準(zhǔn)確的時鐘信號，但是相比之下，比無緣晶振價格高，因此這也是在硬件電路設(shè)計中需要關(guān)注的成本。在做電路板設(shè)計時需要注意晶振走線盡量靠近芯片，關(guān)鍵信號遠(yuǎn)離時鐘走線。

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。

3、預(yù)留測試IO口

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)是否正常運行。

4、外擴(kuò)存儲器

一個嵌入式系統(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)需要運行大點的操作系統(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的時候是一個重點，究其原因就是要使相關(guān)信號線等長以確保信號的延時相等，時鐘和DQS的差分信號線走線。在布線的時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)存的個數(shù)多少來進(jìn)行選擇，一般來說個數(shù)越多，布線越復(fù)雜，但是知道其關(guān)鍵點，一切迎刃而解。

5、功能接口

一個嵌入式系統(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)計是重要的一項工作。除此之外，在LAYOUT的時候注意差分線的使用。

6、屏幕

這個功能之所以單獨列出來，是由于其可有可無。如果一個嵌入式系統(tǒng)只是作為一個連接器連接外圍設(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消費類產(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)。

審核編輯：郭婷