低成本玩转Linux开发板(基于NUC980双层板)原理图+PCB分享
由于公司项目需求,一直在找一款能跑Linux系统,外围接口丰富的,关键是必须要有CAN,UART,RMII等接口的芯片(无需LCD,HDMI,eDP)。对于一般的多媒体芯片来说,类似于瑞芯微,全志,海思,NXP等方案上,基本都是BGA封装的居多,CAN基本都是一路(本项目需要用到两路CAN)而且单芯片价格不便宜,再加上BGA封装对于PCB叠层的要求和SMT加工费用上的要求,最终选定了新唐的工业物联网系列的NUC980DK61YC,成本上的优势还是蛮大的,芯片相关的资源配置以及应用如下图所示:
相关配置及应用
对于NUC980DK61YC LQFP128的封装来说,对于PCB的优势是不言而喻的,双层板即可,既可以省下PCB板材费用,又可省下SMT的加工费用,对于小白来说,手工焊接也是可行的。因为是内置的64MB SRAM,故无需高频布线,外置一片SPI Flash即可跑系统。
选定了芯片,接下来就着手设计了。
第一:原理图设计
(1)电源设计
采用Type-c接口作为5V电源输入,如下图所示:
Type-c电源输入
NUC980DK61YC 系统电源分别需要1.8V、1.2V、3.3V。本开发板采用集成3路PMU的电源芯片EA3059C(也可以采用独立LDO来设计),具体电路如下所示:
EA3059C电路
(2)以太网电路设计
采用美国微芯LAN8720A-CP-TR,具体电路如下:
LAN8720A-CP-TR电路
(3)USB电路和串口打印电路
采用CH340E作为USB转UART芯片,主要优点是封装更小了,外围简单,无需外置晶振,缺点是单片价格比其他的系列高一点。电路图如下所示:
USB和串口打印电路
(4)SD卡电路
(5)QSPI/NAND Flash 电路
在实际的应用中,可二选一,如下图所示:
Flash电路
(6)剩余的GPIO全部引出,如下图所示:
GPIO电路
(7)顶层电路,如下图所示:
Top
第二:PCB布局走线
原理图设计完之后,就是添加封装,至于AD格式的封装,其实大可不必自己一个一个的画时间去画,画封装很费时间,在工程项目中,应该把主要的精力放在原理图和PCB上,当然,即使是使用第三方的(如嘉立创导出的AD格式的封装)也要检查和手册做参数对比,避免出错!
(1)开始预布局,需要先做模块化整理,把所属同一张图中的器件汇集在一起,以便后期布局使用,如下图所示:
模块化整理
(2)布局开始。布局中首先要遵循的原则是:先布接口(如结构有要求),即使结构没要求,个人的习惯也还是先放置接口,在放置相对应的接口电路的器件,在对应的模块电路中,应遵循先大后小的原则,也就是先放置芯片,再放置外围的电阻电容等小器件。整体需布局如下图所示:
预布局
在预布局的时候,可以适当的打开对应芯片的飞线,因为是双层板,所以在刚开始布局的时候就需要充分考虑整个板子的走线方向,尽量保证每一个模块的线都是顺的,尽量做到少打孔,使底层让出更多的,更加充分的面积留给GND。如下图所示:
预估模块线路走向
(3)模块化走线
在布局完成之后,就可以开始布线了,在布线的过程还是需要微调布局的。
电源走线如下:
顶层
底层,输入电容靠近对应管脚放置
类似于EA3059C 集成的开关电源芯片,布局时需先考虑几个主要的输出通道,如1.2V、1.8V、3.3V,如果两个输出通道的输出功率电感距离过近,很容易形成串扰,尽量的分开,如实在分不开,可形成90度角放置,如下图所示:
功率电感放置
其中,各通道输出的FB采样点,应该从输出电容后取,而不应该在电感处取,如下图所示:
FB取样点
电源芯片的输入电容应靠近芯片对应的管脚放置,如上底层图所示。
USB走线:
USB走线中,在有空间的情况,尽量做包地处理。如下图所示:
USB走线包地
以太网芯片晶振、主控芯片晶振走线处理:
晶振走线中使用类差分走线的方式进行,并做包地处理,如下图所示:
以太网芯片晶振部分
主控晶振部分
FLASH走线
Flash走线,主要遵循的原则就是:少打孔,尽量短。如下图所示:
Flash
其余部分的走线都是比较简单的,也没什么好说的了,总之,布线中,尽量做到整组线一起走,特别是在双层板中,线分散着走,很容易把空间分割掉,致使GND面积分散。尽量做到信号线表层走完,底层空间留给GND。
最终效果图(没铺铜)
Top
Bottom
3D效果图:(没调整丝印)
Top
Bottom
整个项目就到此完成,后期可以直接导出制版文件和生产文件。需要的朋友可在评论区留下邮箱(原理图为PDF格式,PCB为AD格式),本人统一发送!本人能力有限,**各位大神轻喷,在此谢过
(注:此板子未打样测试验证,小白轻勿直接打样,后期打样回来再做相应的LINUX系统验证,敬请期待)
开源原理图和PCB.zip
(5.76 MB)
谢谢分享!万分感谢!