EVOC主板设计规范.docx
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EVOC主板设计规范
研研祥智能
硬
件
设
计
规
范
制定单位：
研祥智能RD中心
制定人员：
刘君玲
制定日期：
2008.7.14
更改历史记录
版本
修改内容
修改日期
A0
Initialrelease
2008.7.19
第1章前言
1.1目的是将硬件设计规范化
为了使大家在设计过程中少走弯路以及达到EVOC项目设计的规范性,硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行。
不仅如此，硬件开发设计到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到质量保障的要求。
这主要表现在，技术的采用要经过项目评审组的评审，开发过程完成相应的规定文档，另外，常用的硬件电路设计要参考标准化功能模块进行设计。
1.2设计流程
EVOC项目开发流程以及在开发过程中逻辑工程师的职责如下表所示:
1.3基本技能和素质
硬件工程师应掌握如下基本技能:
a.由需求分析至总体方案、详细设计的设计能力.
b.熟练运用设计工具，设计原理图以及在试样过程出现问题时debug的能力.
c.掌握常用标准化模块电路的设计能力，如CPU、南桥、北桥、I/O、显示和Audio等模块.
d.文档的写作技能.
e.接触供应商、保守公司机密的技能.
硬件工程师在设计过程中要具有以下素质：
a.硬件工程师应勇于尝试新的先进技术之应用，在产品硬件设计中大胆创新，责任心强，注意细节，在设计过程中避免犯跟以前类似的错误.
b.坚持采用开放式的硬件架构，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计中考虑将来的技术升级.
c.充分利用公司现有的成熟技术，保持产品技术上的继承性.
d.在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达至最优.
e.技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升.
第2章一般元器件设计规范
2.1电阻功能及应用规范
我们EVOC目前用的电阻主要有:
片状电阻;热敏电阻;贴片网络电阻;压敏电阻
A）电阻的常用作用：
a.上拉，下拉;
b.组成RC回路;
c.与其他元件串联起来起分压作用;
d.于其他元件并联起来起分流作用;
e.与LED串联起限流作用.
在电路设计时，总是遇到上拉（或者下拉）电阻，为什么需要上拉（或者下拉）电阻呢？
1、当TTL（5V）电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值;
2、OC或OD门电路必须加上拉电阻，以提高输出的电平值;
3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻;
4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻降低输入阻抗，提供泄荷通路;
5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力;
6、提高总线的抗电磁干扰能力。
管脚悬空比较容易接受外界的电磁干扰;
7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。
上拉电阻阻值的选择原则包括:
1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小;
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大;
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。
综合考虑以上三点,通常在1k到10k之间选取。
PS：
对下拉电阻也有类似道理。
B）0欧电阻作用
我们经常在电路中见到0欧的电阻，既然是0欧的电阻，那就是导线，为何要装上它呢？
其实0欧的电阻还是蛮有用的。
大概有以下几个功能：
①做为跳线使用。
这样既美观，安装也方便。
②在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。
我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。
这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。
附带提示一下，这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。
③做保险丝用。
由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。
由于0欧电阻电流承受能力比较弱（其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已），过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。
有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。
不过不太推荐这样来用，但有些厂商为了节约成本，就用此将就了。
④为调试预留的位置。
可以根据需要，决定是否安装，或者其它的值。
有时也会用*来标注，表示由调试时决定。
⑤作为配置电路使用。
这个作用跟跳线或者拨码开关类似，但是通过焊接固定上去的，这样就避免了普通用户随意修改配置。
通过安装不同位置的电阻，就可以更改电路的功能或者设置地址。
2.2电容功能及应用规范
A）常用电容分为MLCC（NPO，C0G，X7R，X5R，Y5V…）、电解电容（铝，钽，
OS-CON，Poscap）、瓷片电容等几类。
B）电容的作用：
滤波，去耦合（LC），旁路，AC耦合，调谐，RCdelay，储能等（旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源）。
C）电容使用时需考虑
1）耐压（对于钽电容，要降额到50％使用（就是说10V耐压值的钽电容只能用到5V以下的电路）,此时其失效率才在10ppm下；对于POS-CAP，如果电压标称值大于10V，就要降额到80％使用，如果电压标称值小于10V，就要降额到90％使用。
另外，MLCC电压可以不用降额；对于rubycon的铝电解电容，只要电路中电压的峰值不超过电容的额定电压即可。
12V的电路使用16V的电容，5V的电路使用6.3V的电容都是没有问题的）
2）BUCK电路的输入电压端电容要重点考虑纹波电流，输出电压端电容考虑ESR值，
3）寿命
4）温度变化曲线
5）频率变化曲线
D）高频等效电路
E）串并联特点
inParallel
inSeries
C
C1+C2
C1XC2
C1+C2
ESR
ESR1XESR2
ESR1+ESR2
ESR1+ESR2
V
lowerofthetwovalues
lowerofthetwovalues
DF
higherofthetwovalues
higherofthetwovalues
RC
increaseinripplecurrentcapability.
lowerofthetwovalues
我们选择电容的标准：
1.尽可能低的ESR值;
2.尽可能高的电容谐振频率值。
2.3电感功能及应用规范
A）电感的作用：
滤波、振荡、延迟、陷波等
在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；
电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。
我们已经知道，电容具有”阻直流，通交流”的本领，而电感则有”通直流，阻交流”的功能。
如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路，那么，一部分交流干扰信号将被电容消耗掉；变得比较纯净的直流电流通过电感时，其它的交流干扰信号也被变成磁感和热能消耗掉，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。
B）电感与磁珠区别：
电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件
电感多用于电源滤波回路；磁珠多用于信号回路，用于EMC对策，磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。
两者都可用于处理EMC、EMI问题。
磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠；而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路——中、低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。
2.4二极管功能及应用规范
A）二极管分类:
目前EVOC用到的二极管有TVS二极管、电压基准二极管、贴片二极管、贴片肖特基二极管、稳压二极管。
B）主要特性：
单向导电特性
C）二极管应用:
常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，即只让交流电的正半周（或负半周）通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。
很多线路的电源部分都是这样的；二极管也用来做检波器，把高频信号中的有用信号“检出来”，老式收音机中就会有一个“检波二极管”；除此之外，二极管还常用在稳压电路和各种调制电路中。
D）在主板的电路设计中，二极管经常在电路中起保护作用
2.5晶体三极管功能及应用规范
三极管：
三极管是模似电子中最常用的一种元器件，它的三个管脚分别是基极，集电极和发射极分别是简称为b极，c极和e极。
就其内部来分可以分为PNP型和NPN型。
三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB变化越大，集电极电流IC变化也越大，反之，基极电流变化越小，集电极电流变化也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大原理。
IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示变化量。
）。
晶体三极管具有电流放大作用。
在主板电路上主要是用作电子开关，另外它还可以配合其它元件构成振荡器，在有些电路中也具有稳压的作用。
2.6MOS管功能及应用规范
场效应管的名字也来源于它的输入端（称为gate）通过投影一个电场在一个绝
缘层上来影响流过晶体管的电流。
事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流非常小。
最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。
这种晶体管称为金属氧化物半导体（MOS）晶体管或金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。
A）场效应管特点：
1.输入电阻大;
2.噪声低，温度稳定性好，抗辐射能力强;
3.便于集成化;
4.放大能力差。
B）主板上的应用主要是开关作用和电平转换
C）MOS管和三极管的选择原则：
1、信号是大电压、电流提供能力弱则选MOS管，小电压、电流提供能力大可
以选三极管;
2、MOS管的导通内阻很小，三极管的导通内阻较大，不同的场合对此要求不
同;
3、MOS管温度稳定性，和抗辐射性好，在工控机上，从稳定性考虑应选MOS
管;
4、MOS管的噪声系数小，输入信号噪声大时，可以选用MOS管。
如果用三极
管需要在输入端做滤波处理;
5、MOS管的放大系数不如三极管，所以放大电流较大时可以选三极管，放大
系数大MOS管较贵;
6、MOS管的功耗小，在工控机上等对电源管理要求高的地方可以多多使用，省电。
第3章I/O接口设计规范
3.1COM口原理及设计规范
3.1.1）RS232/RS422/RS485工作原理
COM口即串行通讯端口。
微机上的com口通常是9针，也有25针的接口。
通常用于连接鼠标（串口）及通讯设备（如连接外置式MODEM进行数据通讯）等。
3.1.2）接口IC器件选型
3.1.3）COM口设计要求及注意事项
A）除EC5及以下的板子（EC4，EC3，104等）插针接口可以使用PIN间距2.00mm的，其它主板全部使用2.54mm的接口；
B）对于多个COM口，有4个以上需要
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