一板通硬件电路设计作业流程系列专项方案设计.docx

平台选择很多时候和系统选择算法是相关，所以假如要提升架构，平台设计能力，得不停提升本身算法设计，复杂度评定能力，带宽分析能力。常见主处理器芯片有：单片机，ASIC，RISC(DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH )，DSP和FPGA等，这些处理器比较在网上有很多文章，在这里不老生常谈了，这里只提1个经典主处理器选型案例。比如市场上现在有很多高清网络摄像机（HD-IPNC）设计需求，而IPNC处理方案也层出不穷，TI处理方案有DM355、DM365、DM368等，海思提供方案则有Hi3512、Hi3515、Hi3520等，NXP提供方案有PNX1700、PNX1005等。对于HD-IPNC主处理芯片，有多个关键技术指标：视频分辨率，视频编码器算法，最高支持图像抓拍分辨率，CMOS图像预处理能力，和网络协议栈开发平台。Hi3512单芯片实现720P30 H.264编解码能力，满足高清IP Camera应用, Hi3515可实现1080P30编解码能力，连续提升高清IP Camera性能。DM355单芯片实现720P30 MPEG4编解码能力，DM365单芯片实现720P30 H.264编解码能力, DM368单芯片实现1080P30 H.264编解码能力。DM355是 Q3推出，DM365是 Q1推出，DM368是 Q2推出。海思同档次处理方案也基础上和之同时出现。海思和TI处理方案全部是基于linux，对于网络协议栈开发而言，开源小区资源是没有区分，区分只在于芯片供给商提供SDK开发包，两家企业SDK离产品全部有一定距离，不过linux网络开发并不是一个技术难点，所以并不影响产品推广。作为IPNC处理方案，在720P时代，海思处理方案相对于TI处理方案，其优势是支持了H.264编解码算法，而TI只支持了MPEG4编解码算法。即使在初，MPEG4劣势在市场上已经开始表现出来，但在当初这似乎并不影响DM355推广。对于最高支持图像抓拍分辨率，海思处理方案能够支持支持JPEG抓拍3M Pixels5fps，DM355最高能够支持5M Pixels，即使当初没有成功开发成5M Pixel抓拍（内存分配得有点儿问题，以后就不折腾了），不过最少4M Pixel抓拍是实现了，而且有多个好友已经实现了2560x1920这个靠近5M Pixel抓拍，所以在这一点上DM355稍微胜出。因为在高清分辨率下，CCD传感器很昂贵，而CMOS传感器像原尺寸又做不大，造成本身在低照度下就性能欠佳CMOS传感器成像质量在高分辨率时变差，于是TI在DM355处理器内部集成了一个叫做ISP图像预处理模块，它由CCDC，IPIPE，IPIPEIF和H3A模块组成，能帮助实现把CMOSRAW DATA（通常是指Bayer格式数据）转成YCbCr数据，同时实现包含白平衡调整，直方图统计，自动曝光，自动聚焦等采取CMOS处理方案所必需功效，故DM355处理器就能够无缝对接多种图像传感器了。而海思处理方案对于CMOS选择就有不足，它只能用OVT部分处理方案，因为OVT部分Sensor集成了图像预处理功效。不过DM355不仅能够接OVT处理方案，还可接很多其它厂家CMOS sensor，比如AptinaMT9P031。所以在图像预处理能力方面，DM355继续胜出。在IPNC这个领域，只要每台挣1个美金就能够开始跑量，所以在那个时代，极少有些人会去死抠H.264和MPEG4性能差异，而且TI已经给了市场一个很好预期，支持H.264DM365很快就见面世。所以IPNC这个方案而言，当初很多企业全部选择了DM355方案。有些好友现在已经从DM355成功过渡到DM365、DM368，即使你有时候会骂TI，为何技术不搞得厉害点，在当年就一步到位，浪费了多少生产力。不过技术就是一点一点积累起来，对于个人来不得半点含糊，对于大企业，她们也无法大跃进。DM355CMOS预处理技术也有很多Bug，SDK也有很多bug，有时会让你又爱又恨，不过技术这东西总是没有十全十美，能在特定历史条件下，满足市场需求，那就是个好东西。当然海思处理方案在DVS、DVR方面也大放异彩，一点也不逊色于TI处理方案。其它芯片选型则能够参考各芯片厂商官方网站芯片手册，进行PK，现在大部分芯片厂商芯片手册全部是免NDA下载，假如包含到NDA问题，那就得看个人和企业资源运作能力了，通常找一下中国对应芯片总代理商，沟通一下，签个NDA还是能够要到对应资料。每隔一周上各IC大厂官方主页，关注一下芯片发展动态这是每个电子工程师必需课啊，这不仅为了下一个方案设计积累了足够资本，也为企业产品策略做足了功课。芯片采购是电子电路设计过程中不可或缺一个步骤。通常情况下，在各IC大厂上寻求芯片，只要不是EOL掉芯片，通常全部能采购到。不过作为电子电路设计者，极少不在芯片采购问题上栽过。常见情况有以下多个：1， 碰到经济危机，各IC厂商减产，造成芯片供货周期变长，有些IC厂商甚至提出20周货期订货条件。印象很深上六个月订包PTH08T240WAD，4-6周就取到了货，可是到了下六个月，要么是20周货期，要么就是价格翻一番，而且数量只有多个。2， 有些芯片即使在datasheet上写明了有工业级产品，不过因为市场上用量很少，所以造成IC厂商生产很少，市场供货也很紧缺，这就让要做宽温工业级产品企业或军工级产品企业付出巨大代价。3， 有些芯片厂商代理渠道控制得很严格，部分比较新芯片在通常贸易商那采购不到，只能从代理商那订。假如数量能达成一个MPQ 或MOQ要求，通常代理商就会帮你采购。不过假如只是要一两个工程样品，那么就得看你和代理商关系了，假如你刚进入这个行业话，那很有可能你就无法从代理商这取得这个工程样片。4， 有些芯片是有限售条件，假如芯片是对中国限售而不对亚洲限售话，通常能够经过新加坡搞进来，假如芯片是对亚洲限售话，那采购难度得大大增加，采购价格也会远远超出你想象空间。先看一个芯片采购案例：之前我给一好友推荐了一个FPGA芯片，她以后给我发了一段聊天统计，以下：-8-3 9:13:12 A B XC6SLX16-2CSG225C 订货 250.00 -8-3 9:22:10 B A 订货多久呢？ -8-3 9:22:37 A B 2周 -8-13 14:22:47 A B XC6SLX16-2CSG225C 这个型号，你那天跟我定，原来是货期两周，不过这个型号属于敏感型号，禁运中国，我们要第三方去代购，所以现在货期要5周左右，你看能接收吗？ 注：B为芯片采购商，A为芯片供给商回顾一下当初发生情形：-8-3，B设计好方案，确定好芯片型号后，因为芯片型号比较新，害怕芯片买不到，于是向芯片供给商A确定了一下芯片货源情况，当获知价格和货期以后，B很快乐，很满意地跟我说，你推荐芯片性价比真不错，等原理图设计完以后，就立即去订货。-8-13，B设计完原理图后，B要向A下单时，忽然收到A上述回复，于是她一下子就蒙了，因为2周就能够完成PCB layout，1周就能够完成PCB加工生产。也就意味着B即使-8-13下单，也得干等2周时间才能开始焊接调试。（最终A这供给商又获知这芯片是对中国禁售，没有措施帮B搞定，最终B从另外一家芯片贸易商那花了5周时间才采购到，而且价格涨到了450）耽搁2周可能还算是少了，碰到其它特殊情况，芯片搞不到也全部是有可能，假如是原理图设计好了以后碰到这种情况话，那简直就要哭了，假如是等PCB layout好了以后再碰到这种情况话，那就是欲哭无泪了。所以提议在芯片方案确定以后，就立即下单采购芯片，芯片询价时取得价格和货期消息有时并不一定正确，因为IC行业数据库更新有时含有一定滞后性，只有下单后等到供给商协议确定，那才算尘埃落定。分析系统主芯片对纹波要求 因为直流稳定电源通常是由交流电源经整流稳压等步骤而形成，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有部分交流成份，这种叠加在直流稳定量上交流分量就称之为纹波，纹波对系统有很多负面影响，比如纹波太大会造成主处理器芯片重启，或给一些AD，DA引入噪声。一个经典现象就是，假如电源纹波叠加到音频DA芯片输出上，则会造成嗡嗡杂音。下表是设计中所使用芯片对纹波要求，和电源芯片能够提供纹波范围，纹波是选择电源芯片关键参数，这里只列举一两个芯片进行说明： 芯片纹波统计表分析系统主芯片电压上电次序要求当今大多数电子产品全部需要使用多个电源电压。电源电压数目标增加带来了一项设计难题，即需要对电源相对上电和断电特征进行控制，以消除数字系统遭受损坏或发生闭锁可能性。通常这个在芯片手册中会有具体说明，提议遵守芯片手册中要求进行设计。分析系统全部芯片功耗统计板卡上用到全部芯片功耗，大部分芯片功耗在芯片手册上全部有具体说明，部分芯片功耗在手册上没有明确写明，比如FPGA，这时候能够依据以往设计经验值，或事先将FPGA逻辑写好，借助EDA工具进行统计，比如ISEXpower Analyzer，下面表格是一个功耗分析统计案例。注：因为数据比较多，所以这里只选择了3.3V多个芯片作为代表进行统计。 论证选择电源方案能否满足以上全部要求依据对上电次序要求，纹波和功耗分析，选择正确电源方案。电源设计是一个细活，数据统计整理是一个不可缺乏工种，养成良好设计习惯，是“一板通”必需步骤。电源方案选择，学问很多，分析文章更是数不胜数。在这里只列举多个规律性东西。在消费级产品里面，因为成本很敏感，散热要求比较高，所以通常倾向于DC/DC处理方案，而且现在越来越多倾向于Power Management Multi-Channel IC（PMIC）处理方案。DC/DC一个比较大缺点就是纹波大，另外假如电感和电容设计不合理话，电压就会很不稳定。印象很深就是有一次用DC/DC给FPGA供电时，依据FPGAPower Distribution System (PDS)分析，加了足够多330uF钽电容，结果DC/DC就常常出问题，所以DC/DC设计一定要细心。大功率电路设计时，电感选择也很关键，参考设计中很多电感型号在北京中发电子市场或深圳赛格广场上全部是买不到，而中国市场上替换品往往饱和电流要小于参考设计中电感要求值，所以提议设计时也要先买到符合要求电感以后，再开始做电感Footprint。在非消费品领域， LDO、电源模块用得相对较多，因为电源纹波小，设计简单。我初学电路时候，当初就特怵DC/DC设计，所以当初一直用LDO和电源模块，直到以后开始设计消费级产品，因为成本考虑，才不得不开始设计DC/DC，不过现在IC设计厂商已经基础上全部把MOSFET集成到芯片里面去了，所以DC/DC设计复杂度也变小了。