前情回顾

这是一个——从零入门ARM高速电路设计的教程。

旨在手把手教你做一块全志H6开发板，“对标”树莓派！

关于【全志H6开发板】的项目资料，请戳这了解：我是小白，我花了5个月，1000元，自制了一块“树莓派”。

全文导航

本教程一共九节，每周三更新2-3节，预计6月28日更新完成。

本文将分享这9个部分：项目需求、设计方案、简化设计、模块级方案设计、封装选择、原理图设计的精髓是抄？、原理图设计注意事项、原理图自查的技巧、电路原理图源文件分享。

项目需求

作为树莓派的替代产品，我希望这块开发板可以做到：

①能制作一台小型的Linux桌面计算机，可以实现文件编辑，上网，学习编程，视频播放等。

②能制作一台小型的Linux网络服务器，可以实现NAS，软路由，智能家居主控等。

③能制作一台性能强劲的MCU，可以通过GPIO直接控制外部硬件。

④支持系统：Ubuntu等常见系统。

⑤系统性能：支持运行GUI系统，可以跑浏览器，比如：2GB内存，8GB存储。

⑥支持USB，HDMI，音频接口，WIFI，SD卡等常见接口。

设计方案

确定了项目需求，就要定制设计方案。

如果你想实现上述功能，那么主控芯片的选择就非常重要。

这里主要谈谈我在选择主控时的一些考虑，重要性从高到低排序：

1.资料的齐全程度

这个是最最重要的因素，没有之一

需要的资料大概有：

eg. 烧写工具、DDR测试工具、调试指南、软件系统使用指南、原理图和PCB的参考设计、验证了的DDR部分设计、DDR模板等、SDK资料、IC数据手册……

2.下载资料的渠道

吴川斌的博客：关注即可下载，有一部分常见的芯片，比如：全志H6，H3，H616，瑞芯微RK3399，RK3588，RK3288。

CSDN下载：下载需要积分，淘宝搜csdn下载，几毛钱就可以解决积分问题。

原厂或经销商：最正规的来源，但大多官网光秃秃的，啥资料也没有。

3.主控芯片被用在开发板/XX派

这类主控芯片往往资料齐全且公开。

①可以参考其电路设计，元器件选型和布局。

②可以直接使用它的软件镜像。

③调试过程中可以拿他来做对拍。

4.主控性能适中，难度适中

比较适中的是H3，H6，H616，RK3288之类的。

5.主控芯片物料是否可以获得

一般情况下淘宝是可以买到散片的，但是，交易量基本都是个位数甚至0，得问问老板是否有货。

6.芯片的接口

如果你对接口有特别的要求，就要多多注意筛选了。

按照上面的标准，我找到了全志H6作为主控芯片。

简化设计

作为初学者，很可能做到一半就做不下去了。

因此得对设计进行一定的简化，降低难度。

以下是我在设计的过程中遵循的几条技巧：

1.接口别引出太多

主控芯片确定之后，外围电路基本水到渠成。

接口根据需求引出即可。

我做的H6开发板，没有引出芯片上面所有接口。

一方面是因为我用不上。

另一方面是因为部分接口没有原理图参考，比如：PCIe，CSI。

2.参考设计

尽量参考原厂标案或公开出售的开发板进行设计。

3.PCB板子设计大一些

这样布局布线的压力会小很多。

比如：OrangePi 3 LTS大小是56mm * 85mm，我的板子是98mm * 98 mm。

我卡着JLC免费打板的最大尺寸进行设计。

4.减少DDR片数

4片DDR的难度远大于1片DDR的难度。目前我的设计就是采用了一片LPDDR3内存。

5.降低板子的器件兼容性

比如：原厂的标案兼容eMMC和Nand Flash，兼容多款WIFI-BT芯片；我们可以固定一种芯片方案，我是选择了eMMC和AP6212 WIFI-BT芯片。

6.牺牲板子的速率

比如：阻抗有偏差，3W要求不完全满足等等，具体可以到PCB章节再细说。

7.电阻电容的封装大小

我目前就是使用了0603封装，这便于焊接，但对于布局和布线的难度会有所增加。

模块级方案设计

本节主要确定每一个模块使用的方案，这里分为7个部分讲解。

1.DDR内存

确定主控芯片之后，DDR内存就会被限定在一定的范围内。

比如：H6支持DDR3，DDR3L，LPDDR2，LPDDR3，DDR4。

我这里为了简单，直接使用了OrangePi的方案(LPDDR3)。

LPDDR3的芯片型号也直接使用了OrangePi的相近型号。

OrangePi是Samsung-K4E6E304ED-EGCG，我选择的是Samsung-K4E6E304EC-EGCG，只是generation差了一代。

2.eMMC/NandFlash

一般来说eMMC的容量相比NandFlash更大一些。

容量上我直接选择了和OrangePi一样的容量8GB，型号和OrangePi一样，是KLM8G1GETF-B041。

3.电源管理

全志的方案原厂会搭配一个PMIC。

这个PMIC除了要满足各种电压大小和最大电流的要求以外，还要满足上电时序的要求。

4.WIFI/BT模块

DDR和eMMC都是标准件，只要符合一定的标准，理论上是可以替换的。

但是，WIFI/BT并不完全是一个标准件，并不是随意可以替换的。

下图是全志列的H6支持的一些WIFI-BT模组。

于是我又抄了OrangePi的方案——它使用的是AW859A。

但是当时我在淘宝上面没有找到AW859A模组卖，无奈只能挑了一个便宜的方案AP6212(TB:10元)。

值得一提的是，OrangePi的系统支持AP6212WIFI，但并不支持AP6212蓝牙，且因为缺5G频段，理论下，它的最高速度在72.2Mbps，基本也够用。

5.接口

我引出了USB，HDMI，音频接口，SD卡。

6.调试

这里要说明两个部分——USB OTG、调试串口。

前者在DDR测试工具和Android烧写工具时需要用到。

后者主要用于调试UBoot/Linux内核，以及登录系统后作为普通的console。

7.GPIO

原厂标案是没有引出GPIO的，这个部分是抄了OrangePi的实现方案。

封装选择

LCEDA中器件是已经绑定了原理图符号和封装的。

这里，我们提前谈一下封装问题。

1.基础元器件选型

电阻，电容，电感等基本器件，可以在立创商城的基础库找到。

esd器件，晶振，电源芯片，可以找相同型号、相近型号，这个需要看一下器件手册。

接插件的型号的概念比较弱，得自己看图片确认功能，功能差不多就行。

2.基础元器件封装选择

在高速板中，典型的阻容元件封装是0402封装，一般是用SMT焊接的。但是，我们要手工焊接，因此选择0603的封装。

众所周知，主控芯片旁边的去耦电容需要尽可能靠近主控芯片。

但0603占用的空间比较大，难以满足这一要求。

因此，我的H6板子在电源完整性上有一些小问题，在特定场景下会触发重启。

如果你对自己的焊接技术有自信，建议是用0402的封装，会减少电源完整性问题。

这是OrangePi 3 LTS背面的电容/电阻，大部分都是0402封装的。而我的H6开发板的背面，都是0603封装的。

可以感受一下密度。

3.阻容元件的封装问题

需要特别注意，TypeC的器件焊盘是在底面还是侧面。

在底面的话，对于焊接功力还是有要求的。

我的开发板中电源接口用了一个TypeC，焊盘在底面，焊接就挺麻烦的。

原理图设计的精髓-抄？

上面的描述中，大家看到了啥？

对，抄抄抄抄。

难道这个就是原理图设计的精髓？

难道这就可以自称我设计了这个板子？

难道这就是硬件设计？

我陷入了自我怀疑之中。

直到我在实际抄的过程中，发现OrangePi的原理图和原厂的原理图有80%-90%的相似度。

甚至有一些OrangePi改了设计，但是对应的内容却没有改动……

下面就是我截取全志和OrangePi的原理图，大家可以来玩玩找茬游戏。

比如：OrangePi用的是5V输入，但是，图上还是12V。

看完OrangePi，我平复了一下心情，他们专业的都是这么做的，我抄一抄也问题不大吧。

然而，在我真的花了两个星期把板子给“抄”了之后，我有了一些自己的答案，以供大家参考：

①虽然80%-90%和原厂是一样的，但是，还是剩下10-20%是需要自己做的，且需要硬件知识才能完成剩下的设计/缝合工作。

②高速板的打板和验证成本比较高，一个板子往往兼容了好多种器件，典型的兼容方式是0Ω电阻。

③如果不懂硬件原理，其实是搞不懂哪些0Ω电阻要焊接，哪些不焊接。

④如果不懂硬件原理，只是把线连上，硬件调试根本没有办法做。

设计中的注意事项

这里也就不一步一步教大家在LCEDA中怎么拉线了。

分享一些我在做的过程中的一些经验吧。

①我是先抄全志的原理图，抄的过程中理解硬件原理，这个过程会涉及去看一下数据手册。

抄完之后对比一下OrangePi的原理图，看看是OrangePi改变了设计，还是我自己抄错了。

如果，OrangePi改变了设计，理解一下他改变的意图。

②看数据手册是重要的。

一是为了增长硬件知识，二是为了验证原理图的正确性，三是为了后续的调试工作做准备。

③器件的原理图库和封装，建议是从立创商城对应的器件里面添加， 这个看起来更靠谱一些。且不用在导出BOM时再重新修改，还是非常方便的。

④ARM高速板原理图比较多，建议是分页放置。

如此这般反复，大约画10天时间，每天2-3小时，就可以把整个原理图给完成了。

原理图自查的方式

原理图画完啦！为了不功亏一篑，当然要检查一下。

我的H6开发板是一版成功的，这是我自己的检查步骤，可以参考一下：

①跑一遍DRC检查。

②将自己的原理图和原厂&OrangePi的原理图，再一页一页过一遍，对照一下异同。标注出来三者不一致的地方。

修正原理图中前后说明不一致的地方。

③把0Ω电阻给捋顺，标注哪些是要焊接的，哪些是不连接(NC)。

④从LCEDA的网络出发，查看每一条导线的连接都是应该连在一起的，不存在两条应该连在一起的导线断开了。

⑤从硬件原理理解的角度出发，再过一遍原理图，从硬件原理上看，这样的连线是否合理，理解每一条连线的意义，在大脑里面构建出整张原理图。

经过上面这些工作之后，想必你对于ARM高速电路设计的原理图部分有了一个基本的认识。

希望大家能够理解原理图，而不仅仅只是抄了一遍。

电路原理图（11张）

需要参考学习的伙伴，可以在电脑端打开电路的源文件：全志H6开发板-从零入门ARM高速电路设计 - 嘉立创EDA开源硬件平台

如果你觉得这篇教程写得还不错，欢迎点赞、关注、转发、收藏！

我会持续更新优质的开源内容！