低成本玩转Linux开发板(基于NUC980双层板)原理图+PCB分享

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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:

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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。

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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:

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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:

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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:

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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:

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USB和串口打印电路

(4)SD卡电路

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(5)QSPI/NAND Flash 电路

在实际的应用中,可二选一,如下图所示:

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Flash电路

(6)剩余的GPIO全部引出,如下图所示:

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GPIO电路

7)顶层电路,如下图所示:

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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:

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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:

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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:

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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:

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顶层

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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:

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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:

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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:

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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:

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以太网芯片晶振部分

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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:

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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)

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3D效果图:(没调整丝印)

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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,希望各位大神轻喷,在此谢过[谢谢]

(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[奸笑])

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