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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A0Initial release2008.7.19目录第1章 前言5第2章 一般元器件设计规范82.1电阻功能及应用规范82.2 电容功能及应用规范92.3 电感功能及应用规范102.4 二极管功能及应用规范112.5 晶体三极管功能及应用规范112.6 MOS管功能及应用规范12第3章 I/O接口设计规范143.1 COM口原理及设计规范143.2 LPT接口原理及设计规范153.3 LAN接口原理及设计规范153.4 USB接口原理及设计规范163.5 SATA接口原理及设计规范163.6 IDE接口原理及设计规范163.7 CF卡原理及设计规范163.8 VGA接口原理及设计规范173.9 DVI接口原理及设计规范183.10 LVDS接口原理及设计规范193.11 LCD接口原理及设计规范193.12 HDMI接口原理及设计规范20第4章 总线设计规范214.1 SMBUS总线原理及设计规范214.2 AC97和HDA总线原理224.3 DDR,DDR2和DDR325第5章 X86主板设计规范265.1 X86主板架构265.2 上电时序设计265.3 时钟分配及设计275.4 芯片组功能设计285.5 音频芯片选用及设计385.6 SIO芯片选用及设计39第6章 主板电源设计规范41第7章 PCB板分层设计规范437.1 4层板设计437.2 6层板设计437.3 8层板设计437.4 10层板设计43附录A:主板逻辑设计检查表44附录B:主板PCB设计检查表45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:做为跳线使用。这样既美观,安装也方便。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。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。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。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,RC delay,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in Parallelin SeriesCC1+C2C1XC2C1+C2ESRESR1XESR2ESR1+ESR2ESR1+ESR2Vlower of the two valueslower of the two valuesDFhigher of the two valueshigher of the two valuesRCincrease in ripple current capability. lower of the two values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(DDR SDRAM,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(=IC/IB, 表示变化量。)。
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