基于ARM的硬件系统设计课件.ppt

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1、13C H A P T E R基于基于ARM的硬的硬件系统设计件系统设计2本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计3嵌入式系统的软硬件框架串口、并口、USB、以太网等LED、LCD、触摸屏、鼠标、键盘等Linux、uCLinux、uC/OS-II等7S3C2410X处理器详解S3C2410X在包含ARM920T核的同时，增加了丰富的外围资源主要片内外围模块包括：1个LCD控制器，支持STN和TFT液

2、晶显示屏；外部存储器管理（SDRAM控制器和芯片选择逻辑）；3个通道的UART；4个通道的DMA，支持存储器和I/O口之间的传输，以猝发模式提高传输率；4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器，支持外部时钟源；8S3C2410X处理器详解 8通道的10位ADC，最高速率可达500kB/s，10位分辨率；触摸屏接口；IIS总线接口；2个USB主机接口，1个USB设备接口；2个SPI接口；SD卡接口和MMC卡接口；16位看门狗定时器；117位通用I/O口和24位外部中断源；电源管理。9本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构

3、存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计102410的存储器系统 可通过软件选择大小端 地址空间:每个Bank 128Mbytes(总共 1GB)除 bank0(16/32-bit)外，所有的Bank都可以通过编程选择总线宽度=(8/16/32-bit)共 8 个banksn6个Bank用于控制 ROM,SRAM,etc.n剩余的两个Bank用于控制 ROM,SRAM,SDRAM,etc.7个Bank固定起始地址；最后一个Bank可调整起始地址；最后两个Bank大小可编程 所有Bank存储周

4、期可编程控制；11S3C2410的存储器配置12Bank0总线宽度配置13S3C2410与2片8的FLASH的连接方法14与1片16M的SDRAM的连接方法15与2片16M的SDRAM的连接方法16NAND和NOR性能比较nNORNOR和和NANDNAND是现在市场上两种主要的非易是现在市场上两种主要的非易失闪存技术失闪存技术nNORNOR的读速度比的读速度比NANDNAND稍快一些稍快一些nNANDNAND的写入速度比的写入速度比NORNOR快很多快很多nNANDNAND的擦除速度远比的擦除速度远比NORNOR的快的快n大多数写入操作需要先进行擦除操作大多数写入操作需要先进行擦除操作nNAN

5、DNAND的擦除单元更小，相应的擦除电路的擦除单元更小，相应的擦除电路更少更少17接口差别nNOR flashNOR flash带有带有SRAMSRAM接口，线性寻址，可以接口，线性寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节很容易地存取其内部的每一个字节nNAND flashNAND flash使用复用接口和控制使用复用接口和控制IOIO多次寻多次寻址存取数据址存取数据nNANDNAND读和写操作采用读和写操作采用512512字节的块，这一点字节的块，这一点有点像硬盘管理，此类操作易于取代硬盘有点像硬盘管理，此类操作易于取代硬盘等类似的块设备等类似的块设备18FLASH存储器接口19SDRAM存

6、储器接口20本节提要本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计21嵌入式开发板与PC机的串行通讯嵌入式开发板和PC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。222410的UARTn S3C2410A S3C2410A 的的UART UART(Universal Asynchronous(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)Receiver an

7、d Transmitter)提供了三个独立的提供了三个独立的异步串行异步串行I/OI/O口，每一个都可以工作在中断模式或口，每一个都可以工作在中断模式或DMADMA模式，即模式，即UARTUART可以产生中断或可以产生中断或DMADMA请求以在请求以在CPUCPU和和UARTUART之前传送数据，使用系统时钟，之前传送数据，使用系统时钟，UARTUART最高最高可以支持可以支持230.4K bps 230.4K bps 的位传输率。的位传输率。n如果采用外部带时钟的如果采用外部带时钟的UARTUART，则，则UARTUART可以实现更可以实现更高速度的传输；高速度的传输；n每个每个UARTUA

8、RT包括包括2 2个个16Byte16Byte的接收的接收/发送发送FIFOFIFO。23UART控制框图24字符串行输出格式发送前：线路处于空闲状态，连续发送发送前：线路处于空闲状态，连续发送“1”开始发送：首先，发送一位起始位开始发送：首先，发送一位起始位“0”然后，发送连续的二进制位，数据位可以为然后，发送连续的二进制位，数据位可以为5、6、7、8 随后，紧跟一位奇偶校验位（可选择奇随后，紧跟一位奇偶校验位（可选择奇/偶偶/无校验）无校验）最后，发送停止位最后，发送停止位“1”，可以有，可以有1位、位、1.5位或位或2位停止位停止位位25串行通讯硬件规范及连接方法nRS-232C 物理特

9、征：DB-25 DB-15 DB-9 信号连线：保护地、TXD/RXD、RTS/CTS、DCD、DSR、DTR、R1 电平规定：-5V -15V 之间的电平表示逻辑“1”+5V +15V 之间的电平表示逻辑“0”26串行接口27nLCDLCD通常由两种方式，一种是带有驱动芯片通常由两种方式，一种是带有驱动芯片的的LCDLCD模块，基本上属于半成品模块，基本上属于半成品n一些新型的嵌入式处理器也可以直接使用芯一些新型的嵌入式处理器也可以直接使用芯片上的片上的内置内置LCDLCD控制器控制器来构造显示模块，比来构造显示模块，比如：如：s3c2410s3c2410可以支持可以支持STNSTN的彩色的

10、彩色/灰度灰度/单色单色三种模式和三种模式和TFTTFT模式，灰度模式下可支持模式，灰度模式下可支持4 4级级灰度和灰度和1616级灰度，彩色模式下最多支持级灰度，彩色模式下最多支持256256色，色，LCDLCD的实际尺寸可支持到的实际尺寸可支持到640X480640X480。LCD接口28总线驱动方式n一般带有驱动模块的一般带有驱动模块的LCDLCD显示屏使用这种驱动方式，显示屏使用这种驱动方式，由于由于LCDLCD已经带有驱动硬件电路，因此模块给出的已经带有驱动硬件电路，因此模块给出的是总线接口，便于与单片机的总线进行接口。是总线接口，便于与单片机的总线进行接口。n驱动模块具有八位数据总

11、线，外加一些电源接口和驱动模块具有八位数据总线，外加一些电源接口和控制信号。而且自带显示缓存，控制信号。而且自带显示缓存，只需要将要显示的只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。由于。由于只有八条数据线，因此常常通过引脚信号来实现地只有八条数据线，因此常常通过引脚信号来实现地址与数据线复用，以达到把相应数据送到相应显示址与数据线复用，以达到把相应数据送到相应显示缓存的目的。缓存的目的。29控制器扫描方式nS3C2410XS3C2410X中具有中具有内置的内置的LCDLCD控制器控制器，它具有将，它具有将显示缓存（在系统存储器中）中的显示缓存

12、（在系统存储器中）中的LCDLCD图象数图象数据传输到外部据传输到外部LCDLCD驱动电路的逻辑功能。驱动电路的逻辑功能。nS3C2410XS3C2410X中内置的中内置的LCDLCD控制器可支持灰度控制器可支持灰度LCDLCD和彩色和彩色LCDLCD。30嵌入式处理器与LCD的连接嵌入嵌入式处式处理器理器LCD模块模块数据数据总线总线寄存器选择寄存器选择使能信号使能信号有有LCD控制控制器的嵌入式器的嵌入式处理器处理器LCDLCD控制信控制信号线号线31LCDLCD接口设计接口设计实现过程：实现过程：将要显示的数据放到一个特定的地址，这个特将要显示的数据放到一个特定的地址，这个特定的地址就是

13、定的地址就是frame memoryframe memory（帧存储器），这（帧存储器），这块空间是在系统内存中。块空间是在系统内存中。然后然后LCDLCD控制器将这些数据配合控制信号送到控制器将这些数据配合控制信号送到LCDLCD驱动器完成显示。驱动器完成显示。由相应的寄存器来设定这个地址及其大小。与由相应的寄存器来设定这个地址及其大小。与显示数据相配合完成显示的控制信号时序也是显示数据相配合完成显示的控制信号时序也是由相应的寄存器来完成的。这些寄存器都在由相应的寄存器来完成的。这些寄存器都在LCDLCD的控制器中。的控制器中。32LCDLCD控制器框图控制器框图33主要的寄存器主要的寄存器

14、nLCDLCD控制寄存器（控制寄存器（5 5个）个）n帧缓冲开始地址寄存器（帧缓冲开始地址寄存器（3 3个）个）n临时调色板寄存器（临时调色板寄存器（Temp Palette RegisterTemp Palette Register）nLCDLCD中断屏蔽寄存器（中断屏蔽寄存器（LCD Interrupt Mask LCD Interrupt Mask RegisterRegister）nLPC3600LPC3600控制寄存器（控制寄存器（LPC3600 Control Register LPC3600 Control Register）34触摸屏接口设计触摸屏接口设计触摸屏的分类n电阻式触

15、摸屏电阻式触摸屏 n表面声波触摸屏表面声波触摸屏 n红外式触摸屏红外式触摸屏 n电容式触摸屏电容式触摸屏35电阻式触摸屏电阻式触摸屏n电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰尘、水汽和油污，的工作环境，故不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。控制领域及办公室内有限人的使用。n分为分为四线电阻四线电阻和和五线电阻五线电阻触摸屏触摸屏36四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理37测量原理测量原理n在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中P为

16、测量点 XVYY38触摸屏芯片39FM(ADS)7843的特点的特点n实现触摸屏的驱动选择控制（实现触摸屏的驱动选择控制（X X、Y Y通道）通道）n对于输入电压或附加电压进行对于输入电压或附加电压进行ADAD转换转换n同步串行接口同步串行接口n最大转换速率最大转换速率125KHz125KHzn可编程控制可编程控制8 8位或者位或者1212位转换模式位转换模式n工作电压工作电压2.7V-5.0V2.7V-5.0Vn两个附加的输入端口两个附加的输入端口40本节提要本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计

17、网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计41嵌入式的以太网方案嵌入式的以太网方案n嵌入式处理器网卡芯片嵌入式处理器网卡芯片（RTL8019RTL8019）n对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强n处理器和网络数据交换通过外部总线，速度处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于慢，不适合于100M100M网络网络n带有以太网络接口的嵌入式处理器带有以太网络接口的嵌入式处理器n处理器面向网络应用处理器面向网络应用n处理器和网络数据交换通过内部总线，速度处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快快

18、42RTL8019RTL8019的原理框图的原理框图43嵌入式网络接口的特点嵌入式网络接口的特点n与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简一直是个主要的原则。统中，系统的精简一直是个主要的原则。RTL8019ASRTL8019AS作为网卡作为网卡,需要一片需要一片EEPROMEEPROM作为配置作为配置存储器，来确定通讯的端口地址，中断地址，存储器，来确定通讯的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；n而在嵌入式系统中，可以使用而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019ASRT

19、L8019AS的的默默认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法。这。这样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台的体积。的体积。44基于基于RTL8019RTL8019的嵌入式以太网设计的嵌入式以太网设计1 RTL8019AS1 RTL8019AS的初始化的初始化 RTL8019RTL8019支持即插即用模式和非即插即支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以，为了系统的精常是不经常插拔的，所以，为了系统的精简，简，配置配置RTL8019RTL80

20、19为非即插即用模式为非即插即用模式。这些。这些配置可以通过配置可以通过RTL8019RTL8019的外部管脚，在系统的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。上电复位的时候，自动配置起来。45关于关于RTL8019RTL8019的的RAMRAMnRTL8019RTL8019含有含有16K16K字节的字节的RAMRAM，地址为，地址为0 x4000-0 x4000-0 x7fff,0 x7fff,这这16k16k的的ramram的一部分用来存放接收的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包的数据包，一部分用来存储待发送的数据包 462 2 通过通过RTL8019ASRTL

21、8019AS发送数据发送数据 作为一个集成的以太网芯片，数据的作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰撞检测与避发送校验，总线数据包的碰撞检测与避免是由免是由芯片自己完成芯片自己完成的。我们的。我们只需要配只需要配置发送数据的物理层地址的源地址、目置发送数据的物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型以及发送的数据的地址、数据包类型以及发送的数据就就可以了。可以了。473 3、通过、通过RTL8019ASRTL8019AS接收数据接收数据n在在RTL8019RTL8019的初始化程序中已经设置好了的初始化程序中已经设置好了接收缓冲区的位置，并且配置好了中断接收缓冲区的位置，并且配

22、置好了中断的模式。当有一个正确的数据包到达的的模式。当有一个正确的数据包到达的时候，时候，RTL8019RTL8019会会产生一个中断信号产生一个中断信号，在，在ARMARM中断处理程序中，接收数据。中断处理程序中，接收数据。n数据的接收比较简单，即通过远端数据的接收比较简单，即通过远端DMADMA把把数据从数据从RTL8019RTL8019的的RAMRAM空间读回空间读回ARMARM中处理。中处理。48本节提要本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接

23、口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计49CAN总线设计50CANCAN总线接口设计总线接口设计nController Area Network，控制器局域网，现场总线之一。n是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。n主要应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面nCiA(CAN in Automation)为全球应用CAN技术的权威。51CANCAN总线特点总线特点n 低成本n 远距离传输（长达10Km）n 相对高速的数据传输速率（1Mbit/s）n 可根据报文的ID决

24、定接收或屏蔽该报文 n 可靠的错误处理和检错机制n 发送的信息遭到破坏后，可自动重发 n 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 52CANCAN总线控制器体系结构总线控制器体系结构协议控制器协议控制器状态状态/控制控制寄存器寄存器消息对象消息对象接收缓冲区接收缓冲区宿主机宿主机接口接口总总线线接接口口CAN总线总线53嵌入式系统上的嵌入式系统上的CANCAN总线接口总线接口n处理器本身带有CAN总线控制器n使用CAN总线控制芯片nSJA1000Philips独立CAN控制器，替代82C200，支持CAN2.0AB，同时支持11位和29位ID，位速率可达1M，具有总线仲裁功能，扩展的接收

25、缓冲器（64字节FIFO），增强的环境温度范围（-40-+125）。并行总线接口。nMCP2510/5MicroChip支持CAN2.0AB，同时支持11位和29位ID，位速率可达1M，具有总线仲裁功能。2个接收缓冲区，3个发送缓冲区。高速SPI接口。54CANCAN总线驱动芯片总线驱动芯片n82C250CAN总线收发器，是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，该器件对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动额接收能力，有很强的抗电磁干扰（EMI）的能力，至少可挂110个节点。nTJA1050、1040替代82C250产品，电磁辐射更低，无待机模式55一、一、IC元件的选择元件的选择 二、

26、元件封装设计二、元件封装设计 三、三、PCB设计精度设计精度 四、分离元件的正确使用四、分离元件的正确使用 五、高速五、高速PCB设计方法设计方法 六、六、PCB设计的一般原则设计的一般原则 硬件设计中应注意的一些问题硬件设计中应注意的一些问题 56 在选择在选择ICIC元件的时候，要注意对于元件的时候，要注意对于无铅无铅及及有铅有铅元件的选择。元件的选择。全球都已经开始提倡电子产品的无铅化，而我全球都已经开始提倡电子产品的无铅化，而我国也正处于有铅工艺向无铅工艺转换的过渡时期。国也正处于有铅工艺向无铅工艺转换的过渡时期。因此，大部分元器件厂商提供的元器件也就因此，大部分元器件厂商提供的元器件

27、也就出现了无铅与有铅两种规格，有的厂商甚至已经出现了无铅与有铅两种规格，有的厂商甚至已经停止有铅元件的生产停止有铅元件的生产。所以当一个产品设计完成后，设计人员需要所以当一个产品设计完成后，设计人员需要确认选择的元器件是采用无铅工艺的还是有铅工确认选择的元器件是采用无铅工艺的还是有铅工艺的。艺的。一、一、IC元件的选择元件的选择 57 如果在整个电路板上同时使用有铅元件与如果在整个电路板上同时使用有铅元件与无铅元件，不仅会给无铅元件，不仅会给SMT生产生产工艺带来一定的工艺带来一定的困难困难，还可能带来，还可能带来整板一致性的缺陷整板一致性的缺陷。无铅元件的回流焊峰值温度在无铅元件的回流焊峰值

28、温度在255左右，左右，而有铅元件的回流焊峰值温度最高不超过而有铅元件的回流焊峰值温度最高不超过235，而且两种工艺的温区数量也可能不同。而且两种工艺的温区数量也可能不同。因此，如果因此，如果混用混用两种材料，有可能导致有铅两种材料，有可能导致有铅元件被高温损坏或无铅元件（特别是元件被高温损坏或无铅元件（特别是BGABGA封装的封装的元件）所附锡球未达到熔点，从而出现虚焊或抗元件）所附锡球未达到熔点，从而出现虚焊或抗疲劳度下降等问题。疲劳度下降等问题。一、一、IC元件的选择元件的选择 58针对这个工艺问题，在针对这个工艺问题，在PCB板加工时也要做相应选择板加工时也要做相应选择n一方面一方面配

29、合无铅工艺，让无铅锡膏的焊接性得到加强配合无铅工艺，让无铅锡膏的焊接性得到加强n另一方面另一方面应用于有铅制成的应用于有铅制成的PCBPCB板也无法承受过高的板也无法承受过高的 温度，易造成板翘等不良现象。温度，易造成板翘等不良现象。一、一、IC元件的选择元件的选择 59 除了上面提到的进行元器件的有铅与无铅的选择外除了上面提到的进行元器件的有铅与无铅的选择外在实际的硬件在实际的硬件PCB设计中还需要关注设计中还需要关注IC元件的元件的PCB封装封装.1 1、有关、有关PINPIN引脚焊盘引脚焊盘n通常，在设计通常，在设计PCBPCB上的元件封装的时候，封装上的元件封装的时候，封装 上的上的P

30、INPIN引脚的焊盘最好比元件的实际焊盘大一引脚的焊盘最好比元件的实际焊盘大一 些些，这样有利于焊接与调试。，这样有利于焊接与调试。n尤其是尤其是QFNQFN或或QPFQPF的元件，因为其引脚基本上扣的元件，因为其引脚基本上扣在芯片的底部，如果焊盘和芯片的实际焊盘大小一在芯片的底部，如果焊盘和芯片的实际焊盘大小一样的话，一旦发生虚焊，就很难进行补救了，因为样的话，一旦发生虚焊，就很难进行补救了，因为这个时候从外面很难进行焊接。这个时候从外面很难进行焊接。二、元件封装设计二、元件封装设计 60二、元件封装设计二、元件封装设计 2 2、有关器件散热、有关器件散热n一些一些发热量大的芯片发热量大的芯

31、片的封装也需要加以关注。的封装也需要加以关注。如如TPS65010的封装的封装，其底部有一个面积较大的，其底部有一个面积较大的 焊盘，其实是用来给芯片散热用的，而且这个焊盘，其实是用来给芯片散热用的，而且这个 焊盘通常都是接到芯片的地信号。焊盘通常都是接到芯片的地信号。n对于这样的芯片，在实际设计器封装的时候，对于这样的芯片，在实际设计器封装的时候，底部的这个焊盘一定要设计进去底部的这个焊盘一定要设计进去，在芯良好散，在芯良好散 热的同时还要保证良好接地。热的同时还要保证良好接地。61 所谓的所谓的PCB设计精度设计精度也就是设计也就是设计PCB时的最小时的最小线宽、最小线间距及最小过孔尺寸等

32、。线宽、最小线间距及最小过孔尺寸等。在进行布局设计时首先需要考虑在进行布局设计时首先需要考虑PCB厂家可以厂家可以进行生产的一些技术指标，比如国内现在一般：进行生产的一些技术指标，比如国内现在一般：n整板的整板的最小线径和线间距最小线径和线间距是是4miln过孔过孔的内径是的内径是6miln外径外径是是8miln而如果要设计而如果要设计盲孔盲孔和和埋孔埋孔的话，也需要和厂家确认的话，也需要和厂家确认 可以加工的技术指标。可以加工的技术指标。三、三、PCBPCB设计精度设计精度 62n其次还要考虑其次还要考虑SMTSMT机器贴片的精度机器贴片的精度，最好不要让元，最好不要让元器件之间间距过小。器

33、件之间间距过小。如果元器件间距小于如果元器件间距小于SMT机器的最小精度，将会导机器的最小精度，将会导致元器件在贴片时致元器件在贴片时碰飞碰飞。n另外，需要考虑另外，需要考虑器件和板子边缘的距离器件和板子边缘的距离，不要和板，不要和板子边缘靠得太近。子边缘靠得太近。n如果如果双面贴元器件双面贴元器件的话，还要考虑元器件的的话，还要考虑元器件的高度高度，以免引起安装问题。以免引起安装问题。三、三、PCBPCB设计精度设计精度 63 在设计电路时不可避免地要使用到一些分离在设计电路时不可避免地要使用到一些分离元件，那么就必须考虑分离元件的误差精度，不要元件，那么就必须考虑分离元件的误差精度，不要误

34、差过大。比如，有些地方选择上拉电阻，这时可误差过大。比如，有些地方选择上拉电阻，这时可以综合考虑下面一些因素。以综合考虑下面一些因素。四、分离元件的正确使用四、分离元件的正确使用 641、当、当TTL电路驱动电路驱动COMS电路电路时，如果时，如果TTL电路电路输出的高电平低于输出的高电平低于CMOS电路的最低高电平电路的最低高电平（一般为（一般为3.5V），就需要在），就需要在TTL的输出端接上的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。拉电阻，以提高输出高电平的值。2、OC门电路门电路必须加上拉电阻才能使用。必须加上拉电阻才能使用。3、为、为加大输出引脚的驱动能力加大输出引脚的驱动能力，有的

35、，有的I/O管脚上也管脚上也 常使用上拉电阻。常使用上拉电阻。4、在、在COMS芯片上，为了防止静电造成的损坏，芯片上，为了防止静电造成的损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻来降低不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻来降低输入阻抗。输入阻抗。四、分离元件的正确使用四、分离元件的正确使用 655 5、芯片的管脚加上拉电阻芯片的管脚加上拉电阻可以提高输出电平，可以提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限，增强抗从而提高芯片输入信号的噪声容限，增强抗 干扰能力。干扰能力。6 6、提高总线的抗电磁干扰能力提高总线的抗电磁干扰能力，管脚悬空会比，管脚悬空会比 较容易接收外界的电磁干扰。较容易接收外

36、界的电磁干扰。7 7、长线传输中电阻不匹配容易长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰引起反射波干扰 加下拉电阻达到电阻匹配，可有效地抑制反加下拉电阻达到电阻匹配，可有效地抑制反 射波干扰。射波干扰。四、分离元件的正确使用四、分离元件的正确使用 66 高速高速PCBPCB设计，不仅意味着在生产工艺允许的设计，不仅意味着在生产工艺允许的情况下，用尽量短的敷铜线把器件互连就算完成，情况下，用尽量短的敷铜线把器件互连就算完成，而是要从选择高速器件开始，对关键网络、走线方而是要从选择高速器件开始，对关键网络、走线方式、长度进行控制，以及对式、长度进行控制，以及对PCBPCB设计前的预设置，设计前的预设置

37、，在在PCBPCB设计的同时进行仿真与分析，最后达到设计设计的同时进行仿真与分析，最后达到设计的要求。的要求。一个一个PCBPCB上的信号是否作为上的信号是否作为高速信号来处理高速信号来处理，取决于上升时间、导线长度和传输速率三个因素，取决于上升时间、导线长度和传输速率三个因素，所以高速所以高速PCBPCB的设计的关键就是如何控制信号传输的设计的关键就是如何控制信号传输时间和信号的完整性。时间和信号的完整性。五、高速五、高速PCBPCB设计方法设计方法 67信号完整性可以从反射、地弹、串扰三个方面来分析。信号完整性可以从反射、地弹、串扰三个方面来分析。1 1、反射、反射n源端与负载端阻抗不匹配

38、源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射（会引起线上反射（reflection），负载将一部分电压发射回源端。），负载将一部分电压发射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负；如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负；反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。n在在高速系统高速系统中，反射会导致振铃，很可能引起无效中，反射会导致振铃，很可能引起无效 触发或延迟触发，使逻辑状态不定。触发或延迟触发，使逻辑状态不定。五、高速五、高速PCBPCB设计方法设计方法 681 1、反射、反射n反射可以通过使印制导线的长度短于反射可以通过使印制导线的长度短于1/2上

39、升上升 时间的传输长度，或者在印制导线的终端使时间的传输长度，或者在印制导线的终端使 输入电导与特性电导相匹配来加以控制。输入电导与特性电导相匹配来加以控制。n还可以通过在印制导线终端接入匹配电阻的还可以通过在印制导线终端接入匹配电阻的方法来控制信号反射。方法来控制信号反射。n匹配电阻匹配电阻是常用的控制反射的方法，匹配电是常用的控制反射的方法，匹配电阻有并联和串联两种方式。阻有并联和串联两种方式。五、高速五、高速PCBPCB设计方法设计方法 692 2、串扰、串扰 串扰（串扰（crosstalkcrosstalk）就是指相邻或相近的导体间）就是指相邻或相近的导体间不应有的能量耦合。不应有的能

40、量耦合。n在在PCBPCB设计中，典型的串扰发生在设计中，典型的串扰发生在同一层同一层印制导线印制导线间，但也可能发生在间，但也可能发生在相邻层相邻层的导线间。一般在设计的导线间。一般在设计PCBPCB时，相邻的两层的时，相邻的两层的走线应该是垂直的走线应该是垂直的。n串扰引起在第一个导体上的能量损失和在第二个导串扰引起在第一个导体上的能量损失和在第二个导体上的体上的信号干扰信号干扰。n串扰的串扰的大小取决于大小取决于源信号的频率或上升时间、导线源信号的频率或上升时间、导线的几何形状、与邻近导线的距离，以及网络的拓扑的几何形状、与邻近导线的距离，以及网络的拓扑结构等。结构等。五、高速五、高速P

41、CBPCB设计方法设计方法 702 2、串扰、串扰 串扰分类：电容性串扰和电感性串扰。串扰分类：电容性串扰和电感性串扰。n电容性串扰电容性串扰是源于信号电压与耦合电流在两个是源于信号电压与耦合电流在两个 方向上。方向上。电容性串扰可以用分离电路的方法减小，信号电容性串扰可以用分离电路的方法减小，信号 线距离越远，电容越小，干扰越小。线距离越远，电容越小，干扰越小。n电感性串扰电感性串扰是源于信号电源与耦合电压在同一是源于信号电源与耦合电压在同一 个方向上。个方向上。由于印制板空间的因素限制了两条信号线之间由于印制板空间的因素限制了两条信号线之间的距离不可能太远，另一个解决方案是在两条相邻的距离

42、不可能太远，另一个解决方案是在两条相邻的信号线之间加入一条地线。这个地线最好是实地的信号线之间加入一条地线。这个地线最好是实地.五、高速五、高速PCBPCB设计方法设计方法 713、地弹（、地弹（ground bounce）n在电路中有在电路中有大的电流涌动大的电流涌动时会引起地弹，时会引起地弹，如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬时电流在芯片和板子的电源平面流过。瞬时电流在芯片和板子的电源平面流过。n芯片封装与电源平面的电感和电阻会引起电源噪芯片封装与电源平面的电感和电阻会引起电源噪声，这样会在真正的地平面（声，这样会在真正的地平面（0V0V

43、）上产生）上产生电压波电压波动和变化动和变化，形成地弹。，形成地弹。n这个噪声会影响其他元器件的动作，负载电容的这个噪声会影响其他元器件的动作，负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹增大。关器件数目的增加均会导致地弹增大。五、高速五、高速PCBPCB设计方法设计方法 721 1、布局、布局n首先要考虑首先要考虑PCBPCB尺寸大小尺寸大小。PCBPCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，过小则散热性不好。能力下降，过小则散热性不好。n在确定在确定PCBPCB

44、尺寸后，要确定尺寸后，要确定特殊元件特殊元件的位置布局。的位置布局。n最后根据电路的功能单元，对电路最后根据电路的功能单元，对电路全部元器件全部元器件进行进行布局。布局。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 73在布局的时候一般都要注意下面几个问题：在布局的时候一般都要注意下面几个问题：（1）尽量缩短）尽量缩短高频元器件高频元器件之间的连线，设法减少它之间的连线，设法减少它 们的分布参数和相互间的电磁干扰。们的分布参数和相互间的电磁干扰。易易受干扰受干扰的元器件不能相互靠得太近，输入和的元器件不能相互靠得太近，输入和 输出的元件应尽量远离。输出的元件应尽量远离。（2）某些）某些元器

45、件或导线元器件或导线之间可能有较高的电位差，之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离。应加大它们之间的距离。带高电压带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易的元器件应尽量布置在调试时手不易 触及的地方。触及的地方。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 74在布局的时候一般都要注意下面几个问题：在布局的时候一般都要注意下面几个问题：（3）又大又重、发热量大又大又重、发热量大的元器件不适宜装在的元器件不适宜装在 印制板上，而应装在整机的机箱上，并且印制板上，而应装在整机的机箱上，并且 注意散热。注意散热。热敏元件应远离发热元件。热敏元件应远离发热元件。（4）应留出印制板）应留出印制

46、板定位孔定位孔及及固定支架固定支架所占用的所占用的 位置。位置。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 75 根据电路的功能单元，对电路进行布局的时候根据电路的功能单元，对电路进行布局的时候要符合以下的几个原则：要符合以下的几个原则：（1）按照）按照电路流程电路流程安排各个功能电路单元的位置，安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一 致的方向。致的方向。（2）以功能电路的）以功能电路的核心元件核心元件为中心，围绕它来进行为中心，围绕它来进行 布局，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和布局，尽量减少和缩短各元器件之间的引

47、线和 连接。连接。（3）在）在高频高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分下工作的电路，要考虑元器件之间的分 布参数，一般尽可能使元器件平行排列。布参数，一般尽可能使元器件平行排列。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 762 2、布线、布线（1 1）输入）输入/输出端用的导线应尽量输出端用的导线应尽量避免相邻平行避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。（2 2）印制导线的）印制导线的最小宽度最小宽度主要由导线与绝缘基板间主要由导线与绝缘基板间 的粘附强度和流过它们的电流值决定。的粘附强度和流过它们的电流值决定。数字电路数字电路的导线应该尽量

48、宽，尤其是电源线和的导线应该尽量宽，尤其是电源线和 地线。地线。（3 3）印制导线）印制导线拐弯处一般取圆弧形拐弯处一般取圆弧形，直角或夹角在，直角或夹角在 高频电路中会影响电气性能。高频电路中会影响电气性能。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 773 3、PCBPCB及电路抗干扰措施及电路抗干扰措施（1 1）在设计）在设计电源线电源线的时候，要考虑线路板电流的的时候，要考虑线路板电流的 大小。大小。尽量增大电源线宽度，减小环路电阻使电源尽量增大电源线宽度，减小环路电阻使电源 线、地线的走向和数据传递的方向一致。线、地线的走向和数据传递的方向一致。六、六、PCBPCB设计的一般原

49、则设计的一般原则 783 3、PCBPCB及电路抗干扰措施及电路抗干扰措施六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则（2 2）设计）设计地线地线时要把数字地和模拟地分开时要把数字地和模拟地分开n若线路板上既有若线路板上既有逻辑电路又有线性电路逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开，应使它们尽量分开，n低频电路低频电路的地尽量采用单点并联接地，的地尽量采用单点并联接地，地线应宽而短，地线应宽而短，n高频元件高频元件周围尽量用栅格状的大面积地。周围尽量用栅格状的大面积地。793 3、PCBPCB及电路抗干扰措施及电路抗干扰措施（3）选用合适的去耦电容选用合适的去耦电容，在电源输入端接，在电源输入端接10 100F的电解电容，原则上每个集成电路芯片的电解电容，原则上每个集成电路芯片 都应布置一个都应布置一个0.1F或或0.01F的瓷片电容。的瓷片电容。像像RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线存储器件，应在芯片的电源线 和地和地 线之间直接接入去耦电容。线之间直接接入去耦电容。六、六、PCBPCB设计的一般原则设计的一般原则 80The Detail hardware design is introduced in Arm Book.