Zigbee硬件设计资料课件.pptx
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1、- 1 -第第3 3章章Zigbee硬件设计硬件设计- 2 -本章目标本章目标理解硬件设计规则及注意事项理解硬件设计规则及注意事项掌握掌握CC2530核心板、路由器底板和协调器底板的设计核心板、路由器底板和协调器底板的设计了解低功耗设计了解低功耗设计- 3 -本章目标本章目标理解硬件设计规则及注意事项理解硬件设计规则及注意事项掌握掌握CC2530核心板、路由器底板和协调器底板的设计核心板、路由器底板和协调器底板的设计了解低功耗设计了解低功耗设计- 4 -本章将详细讲解本章将详细讲解Zigbee的硬件设计,主要内容包括硬件设计规的硬件设计,主要内容包括硬件设计规则及注意事项、则及注意事项、Zig
2、bee节点硬件总体设计、节点硬件总体设计、Zigbee节点低功节点低功耗设计,其中耗设计,其中: 3.1 概述概述设计规则硬件设计规则及注意事项主要包括需求分析、元器件选型以及设计的基本原则硬件设计规则及注意事项主要包括需求分析、元器件选型以及设计的基本原则 总体设计硬件总体设计分别介绍硬件总体设计分别介绍Zigbee核心板、核心板、Zigbee协调器底板和路由器底板协调器底板和路由器底板低功耗主要讲解在低功耗设计过程中所要考虑的问题以及需要注意的事项。主要讲解在低功耗设计过程中所要考虑的问题以及需要注意的事项。 - 5 -启动一个硬件开发项目,作为硬件系统的设计者,要综合考虑启动一个硬件开发
3、项目,作为硬件系统的设计者,要综合考虑各个方面各个方面 3.2 设计规则及注意事项设计规则及注意事项系统架构需求性价比市场需求- 6 -硬件原理图设计是产品设计的理论基础,设计一份规范的原理图对设硬件原理图设计是产品设计的理论基础,设计一份规范的原理图对设计计PCB具有指导性意义,是做好一款产品的基础。原理图设计基本要具有指导性意义,是做好一款产品的基础。原理图设计基本要求:规范、清晰、准确、易读。求:规范、清晰、准确、易读。3.2.1 原理图设计原理图设计确定需求确定需求 确定核心确定核心CPU 参考成功参考成功案例案例外围器件外围器件的选型的选型 设计基本设计基本原则原则 原理图设计的一般
4、过程包括以下几个方面:原理图设计的一般过程包括以下几个方面:- 7 -确定需求确定需求3.2.1 原理图设计原理图设计详细理解设计需求,从需求中整理出电路详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求等,这些要求有功能模块和性能指标要求等,这些要求有助于器件选型和电路的设计。要设计助于器件选型和电路的设计。要设计Zigbee节点,首先要了解节点,首先要了解Zigbee节点应该节点应该具备的基本功能:无线传输及组网、具备的基本功能:无线传输及组网、LED灯的显示、按键、以及供电模块等。了解灯的显示、按键、以及供电模块等。了解基本需求后需要进行硬件的选型基本需求后需要进行硬件的选型 -
5、 8 -确定核心确定核心CPU3.2.1 原理图设计原理图设计- 9 -参考成功案例参考成功案例3.2.1 原理图设计原理图设计l针对已经选定的针对已经选定的CPU芯片,选择一个与需求比较接近的成功参考设计,芯片,选择一个与需求比较接近的成功参考设计,一般一般CPU生产商或合作方都会对每款生产商或合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证,芯片做若干开发板进行验证,厂家公开给用户的参考设计图也是经过严格验证的,所以在设计过程中厂家公开给用户的参考设计图也是经过严格验证的,所以在设计过程中可以参考并细读可以参考并细读CPU芯片手册或找厂商进行确认芯片手册或找厂商进行确认 lTI给出了给出了C
6、C2530芯片手册,在设计过程中要仔细阅读芯片手册,可以芯片手册,在设计过程中要仔细阅读芯片手册,可以减少设计的误差。减少设计的误差。CC2530芯片手册给出了设计方案以及注意事项芯片手册给出了设计方案以及注意事项 - 10 -对外围器件的选型对外围器件的选型3.2.1 原理图设计原理图设计普遍性普遍性原则原则 所选的元器件要被广泛使用验证的,尽量少用冷偏芯片,减少风险所选的元器件要被广泛使用验证的,尽量少用冷偏芯片,减少风险 性价性价比高比高在功能、性能、使用率都相近的情况下。尽量选择价格比较低的元在功能、性能、使用率都相近的情况下。尽量选择价格比较低的元器件,减少成本器件,减少成本 采购采
7、购方便方便尽量选择容易买到,供货周期短的元器件尽量选择容易买到,供货周期短的元器件 持续持续发展发展尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件 可替代可替代尽量选择引脚到引脚兼容种类比较多的元器件尽量选择引脚到引脚兼容种类比较多的元器件 向上向上兼容兼容尽量选择以前老产品用过的元器件尽量选择以前老产品用过的元器件 资源资源节约节约尽量用上元器件的全部功能和管脚尽量用上元器件的全部功能和管脚 - 11 -设计基本原则设计基本原则 3.2.1 原理图设计原理图设计l数字电源和模拟电源分割(需要具体看所使用的芯片,具体需要参考芯数字电源和模拟电源分割(需要具体看
8、所使用的芯片,具体需要参考芯片数据手册)。片数据手册)。l数字地和模拟地分割,单点接地,数字地可以直接接机壳地(大地),数字地和模拟地分割,单点接地,数字地可以直接接机壳地(大地),机壳地必须接大地。机壳地必须接大地。l各功能布局要合理,整份原理图需要布局均衡,避免有些地方很拥挤,各功能布局要合理,整份原理图需要布局均衡,避免有些地方很拥挤,而有些地方很松。而有些地方很松。l可调元器件(如电位器)、切换开关等对应的功能需弄清楚。可调元器件(如电位器)、切换开关等对应的功能需弄清楚。l重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能。重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能。- 12 -设计基本
9、原则设计基本原则 3.2.1 原理图设计原理图设计l元件参数元件参数/数值必须准确标识,功率电阻一定要标明功率值,高耐压滤数值必须准确标识,功率电阻一定要标明功率值,高耐压滤波电容需标明耐压值。波电容需标明耐压值。l保证系统每个模块资源不能冲突,例如:同一保证系统每个模块资源不能冲突,例如:同一I2C总线上的设备地址不总线上的设备地址不能相同等等。能相同等等。l阅读系统所有芯片手册,注意其未用输入管脚是否需要做外部处理,如阅读系统所有芯片手册,注意其未用输入管脚是否需要做外部处理,如果需要,一定要做相应的外部处理。果需要,一定要做相应的外部处理。l在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发的
10、方便,或者以小的在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发的方便,或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计,这点需要硬件硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计,这点需要硬件设计人员懂得底层软件开发调试,要求较高。设计人员懂得底层软件开发调试,要求较高。- 13 -在原理图绘制完成后,可以对相应的在原理图绘制完成后,可以对相应的PCB进行设计。在进行设计。在PCB设计中,设计中,布线是完成产品设计的重要步骤布线是完成产品设计的重要步骤 ,需要注意以下几项内容需要注意以下几项内容:3.2.2 PCB设计设计1电源、地线的处理电源、地线的处理 2数字电路与模拟电路共地的
11、处理数字电路与模拟电路共地的处理3信号线和电源层或接地层同层信号线和电源层或接地层同层 - 14 -电源地线的处理电源地线的处理3.2.2 PCB设计设计l尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线电源线信号线电源线信号线 l对数字电路的对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模模拟电路的地线不能这样使用拟电路的地线不能这样使用) l用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地用大面积铜层作地线用,在印制板上把没
12、被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源、地线各占用一层。线用。或是做成多层板,电源、地线各占用一层。 - 15 -数字电路与模拟电路的共地处理数字电路与模拟电路的共地处理 3.2.2 PCB设计设计l对信号线:高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件。对信号线:高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件。l对地线:对地线:PCB对外界只有一个连接点,所以必须在对外界只有一个连接点,所以必须在PCB内部进行处理数、模内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的、互不相连的,只共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的、互不相连的,只是在是在PCB与
13、外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地由一点短接。与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地由一点短接。- 16 - 信号线和电源线和地线层共层信号线和电源线和地线层共层 3.2.2 PCB设计设计l在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费,也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为层数就会造成浪费,也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电
14、源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。 - 17 -Zigbee硬件分为三部分,即硬件分为三部分,即CC2530核心板、协调器底板和路由器底核心板、协调器底板和路由器底板。板。CC2530核心板是协调器底板和路由器底板共用的电路板核心板是协调器底板和路由器底板共用的电路板 3.3 硬件总体设计硬件总体设计便于设备的维护,一便于设备的维护,一旦旦CC2530核心板或核心板或者协调器底板和路由者协调器底板和路由器底板出现问题,便器底板出现问题,便于及时更换于及时更换 便于设备灵活使用。便于设备灵活使用。CC2530既可以配合协既可以配合协调器底板使
15、用,也可以调器底板使用,也可以配合路由器底板使用,配合路由器底板使用,并且还可以与网关配合并且还可以与网关配合使用使用 - 18 -CC2530核心板(采用核心板(采用TI公司的公司的CC2530F256芯片)集成了芯片)集成了CC2530芯片正常芯片正常工作时所有的外部电路(包括工作时所有的外部电路(包括SMA接口,以连接接口,以连接2.4G天线)天线) 3.3.1 CC2530核心板设计核心板设计- 19 -协调器底板与协调器底板与CC2530核心板配合使用可以提供丰富的硬件支持资源,核心板配合使用可以提供丰富的硬件支持资源,用于进行功能的演示和开发等。协调器底板集成了电源接口、用于进行功
16、能的演示和开发等。协调器底板集成了电源接口、JTAG接口、按键、接口、按键、LED和和LCD、RS232和和RS485接口、蜂鸣器、传感器模接口、蜂鸣器、传感器模块、电位器、时钟模块和外扩存储模块等块、电位器、时钟模块和外扩存储模块等 3.3.2 协调器节点的设计协调器节点的设计- 20 -电源接口电源接口 3.3.2 协调器节点的设计协调器节点的设计POWER为电源插口,输出为电源插口,输出5V电压,电压,PowerSW为开关,为开关,5V电压经过保险丝和滤波电路后,由电压转换电路将电压电压经过保险丝和滤波电路后,由电压转换电路将电压转换为转换为3.3V电压为整个电路板供电。电压转换电路采用
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