X86主板原理圖設(shè)計經(jīng)驗及總結(jié)

根據(jù)筆者設(shè)計的一些經(jīng)驗，把整個系統(tǒng)原理圖的詳細設(shè)計分成了一下幾大模塊。

電源部分設(shè)計：通過LDO和DC-DC 開關(guān)電源控制芯片實現(xiàn)。如何能夠比較高效而且準確的設(shè)計出整個系統(tǒng)的電源呢？ 根據(jù)我自己的經(jīng)驗，掌握幾個思路，就可以設(shè)計出滿足系統(tǒng)需求的電源。

1、    系統(tǒng)使用哪種電源：DC-12VIN, ATX ,還是電池？

         DC-12V IN：主板設(shè)計的電源就更多路，除了芯片電源外，I/O供電也要另外轉(zhuǎn)換，如+3.3VSB,+5V,+3.3V等

         ATX：由于本身有提供12V,+5VSB,+5V,+3.3V,一般只需要設(shè)計芯片需要的電壓即可

         電池輸入：可看做輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化的直流電源。對芯片特別是電源轉(zhuǎn)換芯片的輸入范圍提出了更高的要求，而且對電源轉(zhuǎn)換芯片的效率也提出了更高要求。

2、    根據(jù)芯片廠商提供的datesheet掌握每個芯片所需的各路電壓，對紋波電壓的要求，同時了解 每路電壓所需的電流。通過這兩個信息，我們可以確定我們要選擇LDO 還是DC-DC.

LDO的特點：

優(yōu)點：電路簡單，本身體積小，外圍器件少，布局簡單，產(chǎn)生的電壓紋波比較小，

缺點：瞬態(tài)響應(yīng)差，提供的電流小，轉(zhuǎn)換效率低。如系統(tǒng)的常開電壓。

適用范圍：需要小電流，且對電流瞬態(tài)響應(yīng)要求不高的非關(guān)鍵電路中。

DC-DC的特點：

優(yōu)點：瞬態(tài)響應(yīng)好，能提供大電流，轉(zhuǎn)換效率高

缺點：電路復(fù)雜，外圍器件比較多，容易產(chǎn)生振鈴，需要配置低ESR的聚合物電容來抑制紋波。

適用范圍：輸入電壓與輸出電壓差距較大的，需要大電流，而且電流瞬間可能發(fā)生突變的電路。如VCORE,VDIMM等等。

3、    掌握每路電壓的在什么狀態(tài)下工作， 即芯片在系統(tǒng)的什么時刻下需要進行怎樣的工作。

這個就決定我們在哪個時刻就要為芯片進行供電了。

例子1.：要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)喚醒，則此時網(wǎng)卡芯片必須使用3.3VSB常開電壓供電。假設(shè)網(wǎng)卡芯片采用工作電壓供電，則系統(tǒng)關(guān)機之后，工作電壓也全部都斷掉了，則此時網(wǎng)卡就無法工作。

對供電電壓的理解：供電電壓是芯片的能量之源，芯片有電壓，則芯片本身就具備獨立工作的能力，如果兩個芯片要通訊，則兩個芯片的通訊模塊這部分必須要有電壓供電。

4、各路電壓之間的時序要求？

我們應(yīng)該根據(jù)參考設(shè)計給出的時序要求，對應(yīng)設(shè)計每個電源。

各芯片所需的時鐘CLK設(shè)計： 通過無源晶振+時鐘芯片+有源晶振來實現(xiàn)

    分為總線時鐘和芯片工作時鐘

一般而言對于幾個大的CPU廠家推出的芯片組比如intel, amd ,via等等，都有專門的時鐘芯片生產(chǎn)廠家配合跟進設(shè)計和這個芯片組對應(yīng)的時鐘芯片。

   因此主芯片所需要的各種總線時鐘基本上由時鐘芯片就可以提供，除了RTC3.2768K而外圍功能芯片的工作時鐘則可通過無源晶振或者有源晶振來提供。

系統(tǒng)開機時序信號設(shè)計：

 
        X86系統(tǒng)，一般而言，由我們設(shè)計的時序電路主要包括：RESET信號，各路電壓的時序控制，POWER_OK信號等等。即RESET信號，各路電壓以及POWER_OK之間的配合需要按照芯片提供的DATASHEET來設(shè)計。

   RESET信號：

   功能接口芯片一般而言就一個RESET信號，但像南橋這樣比較復(fù)雜的IO芯片，由于芯片內(nèi)部集成多個功能模塊，而不同模塊的電源狀態(tài)也不一樣，有些采用常開電源供電，有些采用工作電源供電，因此可能就有好幾個復(fù)位信號。

根據(jù)我個人理解復(fù)位信號設(shè)計遵循兩個原則：

   1．單顆芯片的復(fù)位信號，復(fù)位信號必須在VCC穩(wěn)定之后，在進行復(fù)位。要復(fù)位多久才有效，需要參考芯片的PDF

   2.  多顆芯片一起工作時：在這些芯片VCC都穩(wěn)定之后，統(tǒng)一提供一個復(fù)位信號。

各芯片之間的連接：

 
針對X86架構(gòu)的芯片組，以及外圍各種功能接口芯片來說，他們都是通過各種總線橋接在一起的。因此這個就要求對各種總線的工作原理要熟悉：包括總線的工作電壓，總線工作頻率，以及總線的有哪些信號和控制線組成。熟悉了這些各芯片之間級聯(lián)的時候就很比較容易和高效了。

各種功能的實現(xiàn)：

 
一個芯片的功能實現(xiàn)不是單一的，必須建立在系統(tǒng)為它們提供了正確的電壓，時鐘，以及與主芯片之間正確的總線連接基礎(chǔ)之上。這里提到的功能實現(xiàn)主要是指如何能夠根據(jù)芯片特點來實現(xiàn)功能。要能夠比驕好的實現(xiàn)芯片的功能，我總結(jié)了一下幾點經(jīng)驗

  1． 了解芯片能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，以及我們所要使用的功能 （在芯片選型階段就確定了）

  2． 通過閱讀芯片的PDF,了解芯片的需要的電壓和時鐘

  3． 對芯片的配置腳需要特別的注意

  4． 對芯片工作的通訊總線原理要清楚

  5.  對芯片不使用的懸空腳需要特別注意。特別是那些input腳，有時候如果懸空很容易造成芯片的輸入腳電平處在一個懸浮的狀態(tài)，而引起芯片的誤判斷。

  6.  對pdf中未能理解的部分電路，需要與廠家fae詳細溝通。并在最終設(shè)計好之后，把該部分的原理圖提交給FAE，幫忙做最后的CHECK.

平時經(jīng)驗的總結(jié)：

每種產(chǎn)品，由于消費的群體不一樣，都有自己的使用特點和應(yīng)用環(huán)境，因此還需根據(jù)實際的產(chǎn)品針對細節(jié)部分進行具體的設(shè)計。平時設(shè)計過程中的點點滴滴都需要總結(jié)和積累。