英蓓特工程師講述SBC-EC9100身上的故事

　　概述

　　過去的16個月中，在教育學(xué)習(xí)板市場鬧騰得最歡騰的恐怕要屬樹莓派了吧，Pi2和Pi3那席轉(zhuǎn)全球的勢頭挑撥著大批學(xué)習(xí)愛好者的神經(jīng)，同時我們也發(fā)現(xiàn)很多愛好者從Pi中衍生了很多其他的商業(yè)產(chǎn)品。其實英蓓特此間也默默推出了另一款定位于工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)板，這類板卡既可用于方便各位技術(shù)大神快速的完成產(chǎn)品的開發(fā)驗證，也可以直接嵌入所研發(fā)的產(chǎn)品中，很有誠意吧？下面我們慢慢來從產(chǎn)品定義以及電氣工程的角度來解析這種產(chǎn)品的每個部分。

　　整體功能分析

　　各位技術(shù)大神都知道，用于行業(yè)的產(chǎn)品中，成本和穩(wěn)定性以及完美的推廣是一個產(chǎn)品成功最關(guān)鍵的屬性，推廣屬于市場范疇，所以就不在這里討論。我們從方框圖來分析這個產(chǎn)品的大體功能。

　　從上圖看出，SBC-EC9100沒什么特別的東西，其實是沒什么花哨的東西，砍掉了多個顯示方式的設(shè)計，一切從實用出發(fā)，簡約造就出低成本，使產(chǎn)品更有競爭力，這應(yīng)該是這個產(chǎn)品定位的初衷，也符合咱們工程師一個串口打天下的戰(zhàn)斗方式。的確，我們生活中太多產(chǎn)品都是將CPU默默的嵌入產(chǎn)品中，沒有復(fù)雜的操作程序，沒有絢麗的顯示界面，一切都在內(nèi)部完成一個又一個的算法，一個又一個的任務(wù)……

　　同時，除了CPU外，軟件任務(wù)程序我們既可以放在eMMC內(nèi)，也可以使用最方便的TF卡，穩(wěn)定之余透著人性化。而一款透著人性化以用戶為中心的嵌入式產(chǎn)品，必須集成行業(yè)用戶常用接口，對此SBC-EC9100毫不例外，它除了擁有常見抗干擾性強(qiáng)的CAN、USB2.0、百兆Ethernet網(wǎng)口、工業(yè)用途廣泛的RS485、最基本的UART外，還擁有時下熱門的無線WIFI+BT等模塊，同時板內(nèi)連接的信號有I2S、I2C、PWM、ADC、SPI、RMII，無一不是充分考慮到工業(yè)特定場景下的諸多需求。此外，擴(kuò)展GPIO的信號定義是兼容樹莓派的，為樹莓派而定制的模塊配件，用戶可以直接拿來用。

　　有圖有真相，首先曝個照：

　　正面

　　背面

　　細(xì)節(jié)解讀

　　相信關(guān)注這個產(chǎn)品的大多都是技術(shù)達(dá)人，肯定熟悉到電路中的每個電阻電容的作用和功能，所以也就不重點來分析電路的原理了，找?guī)讉€技術(shù)點來分享下：

　　處理器

　　這里把處理器列出來是因為我們的設(shè)計選型首先離不開對處理器的關(guān)注，SBC-EC9100采用的是i.MX6UL，一款飛思卡爾的高效能ARM，CortexA7的內(nèi)核，頻率為528MHz，同時最小系統(tǒng)的配置為512M DDR以及4GB的eMMC， 此性能對于一般的工業(yè)控制，醫(yī)療設(shè)備，實驗儀器這些嵌入式產(chǎn)品，足夠使用了，來一張CPU平臺的圖吧：

　　電源

　　電源是一個產(chǎn)品的根本保障，沒有好的電源，再強(qiáng)的性能都沒法發(fā)揮。SBC-EC9100電源使用的是FSL最新的電源管理芯片PF3001，其他的地方的設(shè)計也中規(guī)中矩，一切以性能為首要目標(biāo)，不偷工減料的省任何一個元器件。

　　經(jīng)驗分享：雖然SBC-EC9100的標(biāo)準(zhǔn)電路看似平淡無奇，不過里面確實掩藏了一個亮點——過壓保護(hù)電路，請看下圖：

　　大家都是搞技術(shù)的，原理我在此不再贅述了，怎樣？這個推薦沒錯吧？電路簡單但非常實用，成本也低，覺得可以的童鞋盡管Copy過去，衍生或者直接用于你們的產(chǎn)品上吧，沒任何侵權(quán)風(fēng)險，也沒任何專利費用。

　　內(nèi)部電路

　　縱觀SBC-EC9100的整個電路原理圖和PCB layout，可以看出工程師對信號完整性都有一定的經(jīng)驗，最大化的提供整個產(chǎn)品的性能保證。

　　經(jīng)驗分享：整個產(chǎn)品中的重要時鐘信號都有防反射處理，如下圖：

　　電源退藕、EMC抑制等……

　　Layout中DDR的等長處理、差分的等長以及阻抗處理等，無一不透露著工程師對整個產(chǎn)品硬件設(shè)計的理解。

　　接口電路

　　出于對產(chǎn)品的尊重，SBC-EC9100中，工程師們對每個接口電路都加上了完備的ESD保護(hù)和EMC處理電路；

　　經(jīng)驗分享：應(yīng)該是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限制以及評估板的定位，RS485電路除缺了防雷設(shè)計外，有端接平衡電阻，上、下拉電平保證等完善的電路設(shè)計。

　　另外，這里重點看一下CAN接口電路，我們都知道，can接口的最大優(yōu)點就是抗干擾性強(qiáng)，SBC-EC9100除了采用標(biāo)準(zhǔn)電路外，還提供性能保證的實際應(yīng)用電路，如下：

　　CAN總線的理論描述：

　　拆除端接電阻和抗干擾電容空載時的波形非常理想，如下圖所示：

　　加上抗干擾電容后，波形會因RC充放電會讓下降沿變緩，結(jié)合理論計算：RC 電路為（這里的數(shù)據(jù)來源于CAN芯片的datasheet）：R=Rin=38.5K，C=Ccan-cap+Cload=20pF+56pF=76pF，時間常數(shù)：ζ=RC=38.5K*76pF=2.926X10-6S≈3uS，3RC=3*3uS=9uS，5RC=5*3uS=15uS。實際波形如下圖：

　　可以看出電容對信號有一定的影響。我們都知道在實際應(yīng)用中，組網(wǎng)的線上會有大量的干擾信號，此時電容就發(fā)揮出獨有的功效了，現(xiàn)特將實際應(yīng)用的電路圖貢獻(xiàn)出來是想起一個拋磚引玉的作用，歡迎每個工程師都分享自己的經(jīng)驗。最后在實際應(yīng)用中怎么設(shè)計就見仁見智了（這里要特別感謝我的同事John，感謝他為我們?nèi)绱思?xì)致測得CAN總線的波形和數(shù)據(jù)）。

　　小結(jié)：

　　從SBC-EC9100立項到成品，每一步都傾注著工程師們的心血，在電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的時代，我們只是用心做了一件事，就是搭一個電路讓這個芯片順利的工作起來，非常感謝NXP（freescale）為我們提供了這個優(yōu)秀的處理器，更感謝公司決定做這個項目，讓我們有幸參與其中。特別希望SBC-EC9100低價高性能的特點能得到市場的認(rèn)可、大家的喜愛，成為市場的寵兒。最后，我們都知道此時我們?nèi)鄙佘浖?，這有賴于選擇這個產(chǎn)品的每個工程師，有了你們的參與才能使它成為一個完整的產(chǎn)品，才能真正體現(xiàn)出它的價值……

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