M28X PCB設計指導
I.MX28系列是飛思卡爾Arm9?系列處理器的新成員,集成了顯示、電源管理、CAN、USB和以太網等連接功能,可為各種成本敏感型的應用降低了系統(tǒng)成本和復雜性。針對其在PCB設計方面,我們總結了一些方法和經驗,歡迎大家借鑒和指導。
推薦的疊層(適用于6層板):
1) L1(TOP,信號)- L2(地平面)-L3(電源平面、少量信號)-L4(信號)-L5(地平面)-L6(BOTTOM,信號)
L3,L4在RAM部分可走信號,BOOTOM走1.8V電源;CPU部分L3可敷電源。優(yōu)點是有兩個地平面,有較好的EMC性能和信號完整性。但L3只能走少量信號,需要配合底層扇出,可能需要增加更多的過孔進行換層。
2) L1(TOP,信號)- L2(地平面)-L3(信號)-L4(信號)-L5(電源平面)-L6(BOTTOM,信號)
此疊層適合信號比較交叉的情況,保證L3,L4皆可出線。L5電源平面進行了分割,相對上述疊屋在一定程度上電源完整性會更好一點。順便提一下的是要留意L4,L6的重要信號不要跨電源平面走線。
推薦的走線、疊層
單端:5mil
差分:4/6mil(線寬4mil,間距6mil)
疊層設計可參照下圖所示,對于L1,L3,L4,L6的阻抗有較好的控制。
過孔:可使用8/16mil或者10/16mil。該過孔大小剛好符合CPU內5mil走線的扇出。
4層走線可參考官方指導手冊的扇出方法。注意使用4層板的話,需要走線的空間相對較大,而且底層信號走線較多,會影響濾波電容等的放置,會大大削弱信號完整性和EMC性能。對于要求較高的場合例如工業(yè)環(huán)境下,盡量還是使用6層及以上的設計。
DCDC_GND PIN(A17)至少有兩個過孔到地平面,可減少開關電源產生的噪聲。
DC-DC電感盡可能放置與CPU同一面,且盡可能靠近CPU,這樣可避免走線過長和使用過孔。如果電感一定要放反面,則必須通過多過孔進行連接。
DCDC_BATT PIN (B15)的輸入電容盡量靠近PIN腳放置,保持走線不長于5mm。
以下布局和走線供參考(由于結構的限制,DCDC_BATT的電容放置得較遠):
濾波電容必須靠近電源腳放置,包括DCDC_VdivIO, DCDC_VdivA, DCDC_VdivD。
LRADC和HSADC的各個信號都需要接0.01uF的電容,該電容須靠近CPU放置,并遠離DCDC和其他數字電路(或者用地線隔開)。HSADC包地。
濾波電容放置的例子(包括CPU電源的電容):
晶振電路比較敏感,靠近CPU放置,走線盡可能短,并用地線保護起來。
地址/控制信號:長度差控制在200mil;
時針CLK:差分長度差控制在5mil;
數據DQ/數據掩碼DQM:長度差控制在100mil;
數據選取DQS:差分對長度差控制在5mil;長度與DQ匹配。
以上信號單端阻抗為50-60歐姆,差分阻抗為100歐姆。地址和數據線之間不要交叉走線??赡艿脑捦M的信號盡量使用相同的層。
VREF盡可能用比較寬的線。
有條件的話RAM各信號長度匹配越精確越好,以下例子是嚴格等長的(因為CLK差分上有串聯的匹配電阻,實長會比表格顯示的數值大),供參考。
參考例子(分別為CPU與RAM之間的L3,L4走線,BOTTOM層已隱藏):
RAM的1.8V電源PIN,濾波電容要靠近放置,保持每個電源PIN和GND至少有一個過孔。
如下圖:
差分信號等長走線,長度差控制在5mil;阻抗約90歐姆。走線與其他信號要隔開一定的距離,約20mil以上。也可包地處理。注意其信號不要跨越不同的地/電源平面,可保證其信號質量,以避免其他EMI問題。
TX/RX差分長度差控制在5mil;差分阻抗為100歐姆。且其與板邊距離須1in以上,提高其輻射抗擾度。
TX與RX之間保持一定的距離,至少30mil以上。
49.9歐的上拉電阻盡量靠近接口放置,連線盡量短,不要超過400mil。
以太網變壓器兩端要進行隔離處理,包括信號和地(適用需要外接變壓器的情況)。
1.CPU直接引出且靠近板邊、外殼、按鈕、接口等的信號,比較敏感,特別是做ESD測試時很容易引入干擾,所以要做保護處理。比較好的情況下是增加防護器件,兼顧成本的情況下至少也要作包地處理,靠近CPU附近位置要添加一小電容或者RC濾波。
2.電源平面進行分割的時候,不要讓鄰近層的重要信號,特別是有阻抗要求的信號跨越不同的平面。否則會影響其信號的完整性。
3.M28X芯片自帶的DC-DC電路,其引腳的分布剛好與模擬、復位、晶振、USB等重要信號相鄰,在布局上可能會造成一定的困難。建議DC-DC、晶振電路的元件與CPU放置同一層,走線可直連,且減少了大量的過孔,可空出很多空間放置小電容與及其他信號的扇出。另外走線的時候建議每一層都用地線將以上信號分別包起來,避免互相影響。
4.1.8V、3.3V電源由M28X內部直接產生,所以盡量采用敷銅的形式,且CPU背面盡可能每個引腳都添加至少一個濾波電容,保證其電源的完整性并往外部供電。留意并避免CPU內部大量的過孔可能會切斷其電源平面的完整。
我們用上述方法,完成M283的核心板設計。核心板采用四周是郵票孔方式和外界連接,也可以使用1.27的排針相連。然后配置一個底板,就組成了一個可用的學習板或工控板了。
經過我們測試,整個板所有接觸靜電放電8KV, 耦合放電15KV ,可見整個板的抗干擾能力是非常強的,作為工業(yè)控制用也是滿足要求的。
帶液晶屏的工控學習板模樣,在淘寶上有賣,才258元,真是免費的Arm9?學習平臺。