1). 簡(jiǎn)介

在以前的博客文章中，我們已經(jīng)在一個(gè)硬件項(xiàng)目中使用計(jì)算機(jī)模塊提出了許多討論，因此，這里我們假設(shè)你已經(jīng)在項(xiàng)目中決定采用計(jì)算機(jī)模塊SoM，下一步想知道如何開展計(jì)算機(jī)載板的設(shè)計(jì)。我想給你一些有價(jià)值的信息和見解，可以幫助成功設(shè)計(jì)一個(gè)低成本的Toradex模塊載板。

計(jì)算機(jī)載板的開發(fā)可以分為三個(gè)主要任務(wù)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)，原理圖設(shè)計(jì)和PCB布局。在這篇文章中，我將討論前兩個(gè)主題。我將在以后的博客中討論P(yáng)CB布局的主題。

2). 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

在開始新的計(jì)算機(jī)載板的系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，你必須決定在載板上使用哪個(gè)計(jì)算機(jī)模塊 系列。是采用應(yīng)用廣泛的Colibrimodule模塊系列，還是你需要具備某種特有高速接口的高性能Apalis modules模塊？最終你可以把它縮小到兩個(gè)系列之一的某幾個(gè)模塊，我們的產(chǎn)品選擇器有助于幫助你找到合適的計(jì)算機(jī)模塊SoM。

基于ARM的計(jì)算機(jī)模塊和基于x86的計(jì)算機(jī)模塊之間的主要區(qū)別在于ARM模塊通常具有可以提供更多種類的不同接口。單個(gè)模塊引腳通常可以復(fù)用到不同的接口，如UART、SPI、I2C、SDIO或簡(jiǎn)單的GPIO。甚至可能有處理器的多個(gè)引腳連接到模塊邊緣連接器單個(gè)引腳。這使得基于ARM計(jì)算機(jī)載板的系統(tǒng)設(shè)計(jì)比其引腳僅具有一個(gè)特定功能的x86板更復(fù)雜。工程師需要為引腳選擇適當(dāng)?shù)墓δ?。此?xiàng)任務(wù)稱為引腳復(fù)用，圖1中顯示了一個(gè)示例。

圖 1: System Design

當(dāng)Toradex設(shè)計(jì)一個(gè)新的計(jì)算機(jī)模塊時(shí)，我們總是盡量使它與同一系列的其他模塊兼容。這意味著我們會(huì)盡量保持常用接口的設(shè)置成為標(biāo)準(zhǔn)接口并引腳兼容。這些標(biāo)準(zhǔn)接口同時(shí)對(duì)應(yīng)于我們的現(xiàn)有計(jì)算機(jī)載板所具有的接口功能。這是一個(gè)聰明的決定，符合我們的載板引腳復(fù)用。載板最多只能有三個(gè)UART接口。但是，如果你需要的超出這三個(gè)UART接口，你如何處理？我們的一些計(jì)算機(jī)模塊提供多達(dá)七個(gè)UART接口。問題是這些額外的UART接口僅在部分模塊上存在，而相應(yīng)的引腳可能已經(jīng)被其它接口需要。正如我之前提到的，這個(gè)任務(wù)可能變得相當(dāng)復(fù)雜。

為了減少引腳復(fù)用任務(wù)的復(fù)雜性，我們開發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的工具，Toradex Pinout Designer（圖2）。 該工具允許比較不同Toradex模塊的接口。該工具檢查引腳是否使用了兩次發(fā)生沖突或某個(gè)模塊上的功能是否可用。還有助于輕松設(shè)計(jì)可與不同Toradex計(jì)算機(jī)模塊兼容的計(jì)算機(jī)載板，引腳設(shè)計(jì)器工具考慮到這方面的應(yīng)用。查找更多信息，并在以下地址免費(fèi)下載該工具:http://developer.toradex.com/knowledge-base/pinout-designer。

圖 2: Toradex Pinout Designer

3). 設(shè)計(jì)原理圖

當(dāng)創(chuàng)建了你的原理框圖后，知道你要使用的計(jì)算機(jī)模塊的哪個(gè)引腳，你就可以開始設(shè)計(jì)原理圖。最聰明的方法總是從參考設(shè)計(jì)的原理圖開始，由于我們知道這一點(diǎn)，你可以免費(fèi)下載我們的計(jì)算機(jī)載板的原理圖。如果你使用Altium Designer設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)載板，你可以直接下載我們常用的計(jì)算機(jī)載板的整個(gè)Altium項(xiàng)目。你不僅可以獲得原理圖。該項(xiàng)目還包括板上所有組件的庫，包括用于3D設(shè)計(jì)的3D文件。所有參考設(shè)計(jì)可以在這里下載：http://developer.toradex.com/carrier-board-design/reference-designs

圖 3: Schematic Capture

和原理圖相關(guān)的重要信息來源于我們的載板設(shè)計(jì)指南。分別有一個(gè)單獨(dú)的指南針對(duì)Apalis和Colibri模塊系列。在這些指南中，集中了模塊系列的所有標(biāo)準(zhǔn)接口信息。還可以找到關(guān)于電源管理和控制信號(hào)的指導(dǎo)。文檔為每個(gè)接口提供了附加的參考原理圖。指南可以在這里下載：http://developer.toradex.com/carrier-board-design/carrier-board-design-guides

設(shè)計(jì)原理圖通常意味著需要評(píng)估新的元器件。例如，你必須評(píng)估具有某個(gè)特性的新的晶體管（）MOSFET）。很可能你會(huì)發(fā)現(xiàn)面臨數(shù)百個(gè)晶體管都符合你的要求，但是選擇最合適的是最難的部分。我會(huì)根據(jù)我的個(gè)人選擇策略提供一些建議。

我的第一步總是檢查我們選擇的晶體管是否適合其它項(xiàng)目需求。如果我可以在多個(gè)項(xiàng)目中使用相同的元件，我們的采購部門將會(huì)非常便利。如果公司組件庫沒有真正適合的，我嘗試找到兼容晶體管的概述。為了得到這樣的列表，通常使用我們首選的晶體管制造商以及主要分銷商的參數(shù)搜索引擎。我通常創(chuàng)建一個(gè)具有不同組件及其主要規(guī)格的表。為了找到最適合元件，我需要對(duì)于元件參數(shù)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)。例如，我可以將這個(gè)元器件是否有兼容的第二個(gè)選擇作為最高優(yōu)先級(jí)。價(jià)格和長(zhǎng)期供貨通常也是重要的標(biāo)準(zhǔn)。由于我不想等待這個(gè)列表（有時(shí)可能是很長(zhǎng)的）中的每個(gè)晶體管的報(bào)價(jià)，我喜歡用一個(gè)方法來篩選列表中的幾個(gè)真正的候選元器件來報(bào)價(jià)。依我看來，www.ciiva.com 的SmartParts Search（圖4）是提供有價(jià)值指標(biāo)的不錯(cuò)選擇。網(wǎng)站提供許多不同分銷商的批量?jī)r(jià)格突庫存水平，無需在每個(gè)分銷商上搜索設(shè)相關(guān)元件，它還提供了設(shè)備是否即將停產(chǎn)的告警，并提供了查看歷史價(jià)格和庫存水平的選項(xiàng)。如果晶體管在許多不同的分銷商有庫存，并且?guī)齑嫠讲▌?dòng)，它使我相信這個(gè)元件被廣泛使用，不太可能很快停止。我使用價(jià)格信息僅作為指示，因?yàn)槲覀兊牟少彶块T將在我們的首選分銷商中要求自己的報(bào)價(jià)

圖 4: Smart Parts Search

完成原理圖設(shè)計(jì)后，有一個(gè)非常重要的步驟，原理圖的審查。我知道，這可能是一個(gè)非常煩人的任務(wù)。但是花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間進(jìn)行密集的審查總好過一個(gè)月的硬件等待。請(qǐng)一個(gè)同事通過整個(gè)原理圖，甚至在網(wǎng)表級(jí)別校驗(yàn)。他就像一個(gè)無聊的四歲男孩，想知道每一個(gè)細(xì)節(jié)。進(jìn)入每個(gè)電路的對(duì)話框。嘗試向你的同事解釋為什么你用這種方式處理電路。在和同事的面前爭(zhēng)論電路設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了我的原理圖中許多嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

這就是所有。希望我能夠讓你對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理圖設(shè)計(jì)過程有一些了解。 如果你也有興趣了解更多關(guān)于PCB布局階段，你可以查找我的下一篇文章。 我會(huì)盡量與大家分享一些我的經(jīng)驗(yàn)，以避免PCB布局陷阱。