硬件设计指导
核心板引脚原理图
底板原理图
电源管理
评估底板共有一路电源输入接口,其中 J15 为 12V 直流电源供电接口,采用 DC-005电源连接器。
VDD_12V_MAIN 通过多路电源芯片转为核心板及评估底板外设供电。为了满足 CPU的 GPIO 电源早于外设电源上电的时序,评估板推荐的上电时序:12V DC 供电(VDD_12V_MAIN) -> 核心板供电 (VDD_3V3_SOM) -> 核心板配置底板辅助电源(VDD_3V3_SOM_OUT) -> 底板外设供电(VDD_1V8_MAIN) -> 底板外设供电(VDD_5V_MAIN)-> 系统复位(1P12/RESETn/PU/3V3) -> 核心板音频电源(VDD_3V3_ACODEC) -> 底板外设供电(VDD_3V3_MAIN),推荐上电时序设计如下图所示。
VDD_12V_MAIN 通过芯强微电子(Ecranic)的 EC2232E DCDC 电源芯片产生一路 3.3V 电源,用于核心板的供电,网络名为 VDD_3V3_SOM,最大电流供给能力为 3A。
该电源使能由输入电压分压提供,实现上电即使能的时序控制。为保护核心板及方便测量电压电流,电源路径已串接保险丝 F2。
核心板提供 VDD_3V3_SOM_OUT 和 VDD_3V3_ACODEC 电源输出,供电能力≤200mA,VDD_3V3_SOM_OUT 主要用于控制评估底板的部分电源上电,以及核心板配置相关电路的供电(如 BOOT SET、DEBUG UART、Micro SD 等电路);VDD_3V3_ACODEC 主要用于控制评估底板的其他部分电源上电,核心板输出的这两个电源除了作为这些功能使用外,请勿用于其他外设的供电。
VDD_12V_MAIN 通过 3 个芯强微电子(Ecranic)的 EC2232E DCDC 电源芯片产生 3 路评估底板外设电源,网络名分别为:VDD_5V_MAIN、VDD_3V3_MAIN、VDD_1V8_MAIN,每路外设电源最大电流供给能力为 3A。
VDD_5V_MAIN和VDD_1V8_MAIN电源使能由核心板VDD_3V3_SOM_OUT信号提供,VDD_3V3_MAIN 电源使能由核心板 VDD_3V3_ACODEC 信号提供,实现核心板电源上电早于外设电源上电的时序控制。
设计注意事项:
(1) 底板设计时,若无需输入级保护电路的部分或全部功能,可适当裁剪。
(2) 底板电源设计可根据实际电路设计进行增减,建议参考我司上电时序进行底板电源的使能控制。
(4) 为使 VDD_5V_MAIN、VDD_3V3_MAIN、VDD_1V8_MAIN 满足系统上电、掉电时序要求,需使用核心板输出的 VDD_3V3_SOM_OUT 信号来控制 VDD_5V_MAIN、VDD_1V8_MAIN 的电源使能,使用核心板输出的 VDD_3V3_ACODEC 信号来控制 VDD_3V3_MAIN 的电源使能(详情见评估底板推荐上电时序)。
LED电路
评估底板提供电源指示灯及用户可编程指示灯,分别为 LED1~LED6。均采用 0603 封装的贴片 LED。
LED6 为底板电源指示灯,LED3 为核心板电源指示灯,颜色为红色,默认上电时点亮;LED1、LED2、LED4和LED5 为用户可编程指示灯,颜色为绿色,分别对应GPIO4_B1_d、GPIO4_B7_d、GPIO0_A5_d、GPIO0_A6_d四个引脚,高电平点亮。
KEY电路
评估底板包含 1 个系统复位按键 RESETn(KEY1),1 个 Maskrom 按键 Maskrom(KEY2)、1 个用户输入按键 USER1(KEY3)。
KEY1 为评估板 RESET 复位按键,控制 CPU 和 PMIC 的复位引脚。
设计注意事项:
(1) 1P12/RESETn/PU/3V3 为核心板的复位输入引脚,核心板内部已上拉 10K 电阻,默认情况请悬空处理,以免影响上电时序。
KEY2 为 Maskrom 按键,按键状态通过 SARADC0_BOOT 引脚输入至 CPU。
设计注意事项:
(1) 在 eMMC 未固化系统镜像的情况下上电启动,CPU 会引导进入 Maskrom 模式,通过 USB3.0 OTG 可以进行首次固化系统镜像或在开发调试过程中若遇到 Loader 无法正常启动的情况,也可以通过进入 Maskrom 模式固化系统。
KEY3(USER1)为用户输入按键,KEY3 按键状态通过 SARADC0_IN1 引脚输入至 CPU。备注:KEY3(USER1)按键同时为系统的 Recovery 按键。
调试串口电路
评估底板板载 1 个串口,CON4 为 USB TO UART0 调试串口。
评估底板通过沁恒微电子(WCH)的 CH340T 芯片将 UART0 转换为 Type-C 连接器(CON4)引出,作为系统调试串口使用。CH340T 使用来自 Type-C 数据线的 5V(网络名:VDD_5V_VBUS)外部供电,VDD_5V_VBUS 同时可以作为底板供电。
设计注意事项:
(1) 底板设计时,建议采用 RS0102YVS8(U9)电平转换隔离方案,以避免调试串口 RX端在底板上电前提前带电,向核心板引脚灌输电流,导致系统无法启动。
(2) CPU 引脚 UART0_TX_M0、UART0_RX_M0 电平均为 3.3V,请勿使用 5V 电平接口的调试工具直接连接,否则将导致 CPU 损坏。
(3) 注意 USB 信号需做 90ohm 差分阻抗匹配。
(4) ESD 器件需靠近连接器 Type-C 接口布局,走线经过 ESD 后连接至 CH340T。
Micro SD 接口电路
评估底板提供 1 路 Micro SD 接口(CON5),使用外壳带压片的外焊式 Micro SD 连接器,位于评估底板正面。
Micro SD 通过 CPU 的 SDMMC0 总线引出,采用 4bit 数据线模式。
设计注意事项:
(1) 底板设计时,需将 Micro SD 座子外壳的 SHIELD[1:4]引脚连接至数字地。
(2) 建议使用核心板的输出电源 VDD_3V3_SOM_OUT 给 Micro SD(CON5)供电。不建议使用 VDD_3V3_MAIN 供电,否则将可能因该电源存在供电延迟,导致系统无法正确读取到 Micro SD 卡设备而启动失败。
(3) SDMMC0 总线时钟最大频率为 100MHz,建议 D0~D3 相对 CLK 等长控制<50mil,单端 50ohm,核心板信号走线长度请查阅我司核心板硬件说明书。
Ethernet 接口
评估板底板共引出 2 个网口,包含 1 个 ETH RGMII 千兆网口、1 个 ETH RMII 百兆网口。
CPU 内部集成 1 个 GMAC 和 1 个 MAC 控制器,支持 1 路原生 RGMII 千兆网口和 1路原生 RMII 百兆网口。
评估底板通过国产厂家裕太微电子(Motorcomm)公司的 YT8521SH-CA 集成以太网收发器方案,提供 1 路 10/100/1000Mbps 自适应以太网。采用内置隔离变压器的千兆 RJ45插座(CON8),使用独立的 RGMII 总线、MDIO 总线实现 PHY 通信以及配置。
YT8521SH-CA 符合 10BASE-Te、100BASE-TX 和 1000BASE-T IEEE 802.3 标准,提供交叉检测、自动校正、极性校正和自适应均衡等功能。
设计注意事项:
(1) ETH0 RGMII 的 PHY 使用 3.3V IO 电平。RGMII 电平选择使用 CFG_LDO[1:0]进行配置,对应电路的供电引脚为 DVDD_RGMII(YT8521SH-CA 芯片的 pin29)。
(2) XTAL_I、XTAL_O 引脚接入 25MHz 无源晶振。如需使用 25MHz 有源晶振,可从XTAL_I 引脚接入,并将 XTAL_O 引脚悬空处理。
(3) 评估底板采用的 YT8521SH-CA 方案,使用了内部产生的 1.2V 电压(VDD_1V2_ETH0L)进行核心逻辑供电,无需额外提供 1.2V 电压。VDD_1V2_ETH0L 请勿用于其它负载供电。
(4) YT8521SH-CA 芯片要求在供电稳定后保持 100ms,再拉高复位信号;推荐使用 IO控制 PHY 芯片的复位。
(5) 靠近 RJ45 连接器的 PESDALC10N5VU 为 10pin 封装的 ESD 器件,请注意并排的 2个引脚(如 IN1 和 NC4、IN2 和 NC3)在 ESD 器件内部并无连接,实际设计中应将对应引脚直接外部短接处理(如下图),即对应引脚的网络名需保持一致。
(6) PCB 布局布线说明:
a) ESD 器件注意放置在紧靠 RJ45 的位置;需 ESD 保护的信号线应直接穿过 ESD 引脚再连通后方电路。
b) MDIx_P/N 信号注意按 100ohm 差分信号走线,晶振提供的时钟信号建议包地处理。
c) RGMII 总线中的收发两组信号应分别做 50mil 以内等长处理,收发两组信号间做 100mil 以内等长处理,单端阻抗 50ohm。
评估底板通过裕太微电子(Motorcomm)公司的 YT8512H 集成以太网收发器引出 1 路10/100Mbps 自适应以太网,使用独立的 RMII 总线、MDIO 总线实现 PHY 通信以及配置,采用内置隔离变压器的百兆 RJ45 插座(CON9)。
YT8512H 符合 10BASE-Te 和 100BASE-TX EEE 802.3az,EEE 标准,提供极性检测和自动校正、自协商和自适应均衡等功能。
设计注意事项:
(1)XTAL_IN、XTAL_OUT 引脚接入 25MHz 无源晶振。如需使用 25MHz 有源晶振,可从XTAL_IN 引脚接入,XTAL_OUT 引脚悬空处理。
(2)YT8512H 芯片要求在供电稳定后,保持 100ms 后再拉高复位信号。请参考评估底板的复位电路方案,使用 IO 控制网口复位。
(3)靠近 RJ45 连接器的 PESDALC10N5VU 为 10pin 封装的 ESD 器件,请注意并排的 2 个引脚(如 IN1 和 NC4、IN2 和 NC3)在 ESD 器件内部并无连接,实际设计中应将对应引脚直接外部短接处理(如下图),即对应引脚的网络名需保持一致。
(4)PCB 布局布线说明:
a) ESD 器件需放置在紧靠 RJ45 的位置,信号线应直接穿过 ESD 引脚再连通至后方电路。
b) ETH1_xP/N 信号需按 100ohm 差分信号走线。
c) 晶振提供的时钟信号建议包地处理。
d) RMII 总线中的收发两组信号应做±50mil 等长处理,单端阻抗 50ohm。
MIPI LCD 接口电路
评估底板通过 30pin、间距 0.5mm 的 FFC 连接器引出 MIPI LCD 接口和电容触摸接口 J10,核心板使用 I2C1总线与电容触摸接口连接实现通信。
设计注意事项:
(1) MIPI LCD 接口与 LVDS LCD 接口的信号存在复用关系,同时它们的电容触摸屏接口也存在共用信号,并且 HDMI OUT 信号由 MIPI DSI 信号通过 LT8912B(U33)芯片转换引出,因此 MIPI LCD、LVDS LCD、HDMI OUT 接口仅能同时使用其中一个。
(2) MIPI 座子的 Pin28-30 电压需保证在 4.8-5.3V 之间,管脚需放置 1uF 和 0.1uF 去耦电容,不得删减,布局时,靠近 MIPI 座子管脚放置。为了抑制电磁辐射,MIPI 的数据、时钟信号可以预留共模电感。
(3) 建议 DSI 差分信号对内等长<5mil,对间等长<30mil,差分阻抗 100ohm。
HDMI OUT 接口电路
评估底板采用帝奥微电子(Dioo)的十通道双掷 MIPI 开关 DIO1647WL36 和龙讯半导体(Lontium)的视频信号转换芯片 LT8912B 方案,通过 MIPI DSI 总线拓展引出 HDMIOUT(CON14)接口,采用标准 19pin HDMI 连接器。
LT8912B 采用 1.8V 供电,符合 HDMI1.4,支持 1080p HDMI 输出,支持 7 位自动或手动输出摆幅校准和支持热插头检测等功能。
DIO1647WL36 是一款 10 通道(4 对数据差分对和 1 对时钟差分对)的差分 MIPI 双掷开关芯片,速率高达 3.5Gbps,供电电压范围 1.65V~5V。
设计注意事项:
(1) 由于 HDMI OUT 信号由 MIPI DSI 信号通过 LT8912B(U33)芯片转换引出,同时 MIPI LCD 接口与 LVDS LCD 接口的信号存在复用关系,并且它们的电容触摸屏接口也存在共用信号,因此 MIPI LCD、LVDS LCD、HDMI OUT 接口仅能同时使用其中一个。
(2) AF18/I2C1_SDA_M0/3V3 和 AE17/I2C1_SCL_M0/3V3 的 IO 电平为 3.3V,需转换为1.8V 电平后再连接至 LT8912B 芯片。
(3) HDMI座的 HPLG信号需通过 NPN 三极管电平转换输出1.8V 信号才连接至LT8912B芯片。当外部设备接入时,会将此信号拉高。
(4) 为防止核心板掉电时通过 HDMI 接口馈电,需参考评估底板电路添加 D19 器件。
(5) 建议 HDMI 差分对内等长小于 5mil,对间等长要求小于 100mil,差分阻抗控制100ohm。
LVDS LCD 接口电路
CON11 为单路 8bit LVDS LCD 接口,采用 2x 15pin 排针,间距为 2.0mm,包含 LVDS信号及供电电源。CON12 为 BACK LIGHT 背光控制接口,采用 6pin 白色端子座,间距为2.0mm。J3 为 RES TS 电阻触摸屏接口,采用 4pin 排针,间距为 2.54mm;J4 为 LVDS CAPTS 电容触摸屏接口,采用 6pin FFC 连接器,间距为 0.5mm,核心板使用 I2C1 总线与其连接实现通信。
设计注意事项:
(1) LVDS LCD 接口与 MIPI LCD 接口的信号存在复用关系,同时它们的电容触摸屏接口也存在共用信号,并且 HDMI OUT 信号由 MIPI DSI 信号通过 LT8912B(U33)芯片转换引出,因此 MIPI LCD、LVDS LCD、HDMI OUT 接口仅能同时使用其中一个。
(2) 建议 LVDS 差分对内等长小于 5mil,对间等长要求小于 30mil,差分阻抗控制100ohm。
USB2.0 HOST 接口电路
评估底板采用 Type-A 连接器(CON7)直接将 USB20_HOST1 总线引出。
USB3.0 OTG 接口电路
CON6 为 USB3.0 OTG 接口,采用 24pin Type-C 母座,由核心板通过 USB3_OTG0 总线引出。
评估底板采用韦尔半导体(WILLSEMI)的 Type-C 控制芯片 WUSB3801Q-12/TR,实现通信角色的检测功能。
由于 USB3.0 差分对信号速率高达 5Gbps,不能按 USB2.0 方式,直接分叉连接至 Type-C 接口正面和反面。为实现正反接功能,选用沁恒微电子(WCH)的 USB 切换开关芯片CH482D,该芯片支持 Super Speed+、PCIe Gen1/2/3、SATA/SAS 3Gbps/6Gbps、Display Port等 2 路差分信号的二选一切换。
设计注意事项:
(1) USB 信号最大速率 5Gbps,差分建议对内等长<5mil,差分阻抗 90Ω。
(2) 若 U19 的 INT_N/OUT3 引脚需分配使用其他 GPIO,请使用 CPU 支持中断功能的GPIO 引脚(所有 GPIO 都支持 CPU 中断功能)。
(3) WUSB3801Q-12/TR 芯片方案,Type-C 连接器的 CC1 和 CC2 状态通过该芯片内部状态机自动检测并在寄存器映射中更新,若检测到 CC 通道是作为 SRC 或 DRP 时,该芯片的 ID 引脚则输出低电平。如果两个板卡对接时,需要手动配置其中 1 个板卡的角色,才能使另外的板卡自动切换角色。
AUDIO 接口电路
评估底板通过核心板板载 PMIC 芯片引出 HEADPHONE OUT、SPK OUT、MIC IN 三路AUDIO 接口。CON10 为 HEADPHONE OUT 音频接口,采用 3.5mm 音频插座。J1 为 SPK OUT音频接口,J2 为 MIC IN 音频接口,两者均采用 2pin 白色端子插座,间距为 2.0mm。
设计注意事项:
(1) 对于 HEADPHONE OUT 设计,RK809_HP_SNS 应连接至音频插座的 GND。
MIPI CSI0/MIPI CSI1 接口电路
评估底板通过两个间距 0.5mm 的 30pin FFC 连接器引出两个摄像头接口 MIPI CSI0(J5)和 MIPI CSI1(J6),均放置在评估底板背面,支持 TL13850 摄像头模块(基于 OV13850摄像头模块设计),同时支持外接创龙科技配套的双路摄像头转接板 TL-MIPICSI-PinBoard-A1.0-000,将 1 个 4Lane MIPI CSI 接口拓展为 2 个 2Lane MIPI CSI 接口,可同时接入2 个不同的树莓派摄像头模块 CAM-MIPI9281RAW-V2(基于 OV9281 摄像头模块设计)和 Camera Module v2 模块(基于 IMX219 摄像头模块设计)。
设计注意事项:
(1) 由于 MIPI CSI 摄像头接口的信号电平为 1.8V,使用核心板输出的 3.3V 信号电平时,需进行电平转换后,再连接至 MIPI CSI 接口使用。为保证接口 CAM_CLK 时钟信号质量,建议时钟信号使用的分压电阻值与评估底板参考电路设计保持一致。
(2) MIPI CSI 差分信号建议对内等长<5mil,对间等长<30mil,差分阻抗 100Ω。
EXPORT 接口
评估底板通过 EXPORT0(J8)和 EXPORT1(J9)拓展接口引出 CPU 资源。EXPORT0 和 EXPORT1 均采用 2x 10pin 规格排母,间距为 2.54mm。
EXPORT0 和 EXPORT1 接口引出的 CPU 资源如下所示。
(1) 通信类接口:3 路 UART 串口,3 路 I2C,2 路 CAN(RK3562J),1 路 SPI,1 路SDIO。
(2) 音频类接口:1 路 I2S。
(3) 系统复位:1 路 PWRON,可用于控制 PMIC 的开关机。
(4) 信号检测:14 路 SARADC,ADC 采样率高达 1MSPS。
备注:EXPORT0 和 EXPORT1 引出的信号电平并不一致,使用之前需确定所选用信号的电平标准。
设计注意事项:
(1) ADC 输入 SARADC0_IN2~7 和 SARADC1_IN0~7 的电压范围为 0~1.8V,底板设计时需注意输入信号,请勿超过电压要求范围,否则可能会损坏核心板。
(2) ADC 输入引脚在无电压输入情况下,为减少 ADC 通道的串扰,建议参考我司的底板设计添加 1MΩ 的下拉电阻。