1). 簡介

在以前的博客文章中，我們已經(jīng)在一個硬件項(xiàng)目中使用計算機(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)目中決定采用計算機(jī)模塊SoM，下一步想知道如何開展計算機(jī)載板的設(shè)計。我想給你一些有價值的信息和見解，可以幫助成功設(shè)計一個低成本的Toradex模塊載板。

計算機(jī)載板的開發(fā)可以分為三個主要任務(wù)：系統(tǒng)設(shè)計，原理圖設(shè)計和PCB布局。在這篇文章中，我將討論前兩個主題。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

在開始新的計算機(jī)載板的系統(tǒng)設(shè)計之前，你必須決定在載板上使用哪個計算機(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系列之一的某幾個模塊，我們的產(chǎn)品選擇器有助于幫助你找到合適的計算機(jī)模塊SoM。

基于ARM的計算機(jī)模塊和基于x86的計算機(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。單個模塊引腳通常可以復(fù)用到不同的接口，如UART、SPI、I2C、SDIO或簡單的GPIO。甚至可能有處理器的多個引腳連接到模塊邊緣連接器單個引腳。這使得基于ARM計算機(jī)載板的系統(tǒng)設(shè)計比其引腳僅具有一個特定功能的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中顯示了一個示例。

圖 1: System Design

當(dāng)Toradex設(shè)計一個新的計算機(jī)模塊時，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)接口同時對應(yīng)于我們的現(xiàn)有計算機(jī)載板所具有的接口功能。這是一個聰明的決定，符合我們的載板引腳復(fù)用。載板最多只能有三個UART接口。但是，如果你需要的超出這三個UART接口，你如何處理？我們的一些計算機(jī)模塊提供多達(dá)七個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)生沖突或某個模塊上的功能是否可用。還有助于輕松設(shè)計可與不同Toradex計算機(jī)模塊兼容的計算機(jī)載板，引腳設(shè)計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)計原理圖

當(dāng)創(chuàng)建了你的原理框圖后，知道你要使用的計算機(jī)模塊的哪個引腳，你就可以開始設(shè)計原理圖。最聰明的方法總是從參考設(shè)計的原理圖開始，由于我們知道這一點(diǎn)，你可以免費(fèi)下載我們的計算機(jī)載板的原理圖。如果你使用Altium Designer設(shè)計計算機(jī)載板，你可以直接下載我們常用的計算機(jī)載板的整個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)計的3D文件。所有參考設(shè)計可以在這里下載：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)計指南。分別有一個單獨(dú)的指南針對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的指導(dǎo)。文檔為每個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)計原理圖通常意味著需要評估新的元器件。例如，你必須評估具有某個特性的新的晶體管（）MOSFET）。很可能你會發(fā)現(xiàn)面臨數(shù)百個晶體管都符合你的要求，但是選擇最合適的是最難的部分。我會根據(jù)我的個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。如果我可以在多個項(xiàng)目中使用相同的元件，我們的采購部門將會非常便利。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，我需要對于元件參數(shù)評價因子進(jìn)行分級。例如，我可以將這個元器件是否有兼容的第二個選擇作為最高優(yōu)先級。價格和長期供貨通常也是重要的標(biāo)準(zhǔn)。由于我不想等待這個列表（有時可能是很長的）中的每個晶體管的報價，我喜歡用一個方法來篩選列表中的幾個真正的候選元器件來報價。依我看來，www.ciiva.com 的SmartParts Search（圖4）是提供有價值指標(biāo)的不錯選擇。網(wǎng)站提供許多不同分銷商的批量價格突庫存水平，無需在每個分銷商上搜索設(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▌?，它使我相信這個元件被廣泛使用，不太可能很快停止。我使用價格信息僅作為指示，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價

圖 4: Smart Parts Search

完成原理圖設(shè)計后，有一個非常重要的步驟，原理圖的審查。我知道，這可能是一個非常煩人的任務(wù)。但是花費(fèi)幾個小時甚至幾天的時間進(jìn)行密集的審查總好過一個月的硬件等待。請一個同事通過整個原理圖，甚至在網(wǎng)表級別校驗(yàn)。他就像一個無聊的四歲男孩，想知道每一個細(xì)節(jié)。進(jìn)入每個電路的對話框。嘗試向你的同事解釋為什么你用這種方式處理電路。在和同事的面前爭論電路設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)了我的原理圖中許多嚴(yán)重的錯誤。

這就是所有。希望我能夠讓你對系統(tǒng)設(shè)計和原理圖設(shè)計過程有一些了解。 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。 我會盡量與大家分享一些我的經(jīng)驗(yàn)，以避免PCB布局陷阱。