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核心板如何加速和简化基于处理器的设计

核心板如何加速和简化基于处理器的设计-单板计算机(SBC, Single-board Computer)是单个 PCB 组成的嵌入式计算机产品,其中包含处理器、支持系统运行所需的 IC 和外围连接器。

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如果您是一个基于 Arm® 的处理器开发新产品的设计者,您可能已经习惯了使用 4 – 48 个引脚的 IC,您也有可能会用到更多引脚的芯片,尽管这样,查阅 datasheet 并确保电路正确连接会耗费大量的时间。

但是即使在这些准备工作之后,考虑设计一个带有处理器、DDR 存储、eMMC、复杂 layout,Wi–Fi,蓝牙,以及多层 PCB 设计、长度和阻抗匹配的走线、符合 EMI / EMC 的设计仍然是困难且耗时的。

如果您没有从处理器开始设计 PCB 所需的经验,或者没有足够的时间从头开始开发,又或者是需要一个协议兼容的系统来集成,您可以考虑使用核心板(SOMs, Systems-on-Module)。

核心板采用紧凑型设计,因此可以便于安装在狭窄的空间中,例如家庭自动化应用所要求的外壳。 核心板具有高稳定性,使其更适用于严苛的楼宇或者工业自动化应用。使用核心板有助于缩短您产品的上市时间,降低开发成本和设计风险。在 TI 的第三方生态合作伙伴中,有一些供应商设计和制造基于 TI 处理器的核心板,并提供定制底板的设计服务、并且他们会免费提供技术支持和承诺产品长期可用性。

为了充分的理解核心板及其优势,让我们先了解一些术语:

核心板(SOMs, Systems-on-Module)是完整实现嵌入式计算机系统的 PCB,它集成了处理器(或多处理器单元)和处理器正常运行所需的所有 IC,包括 ROMRAM电源管理 IC、 晶体振荡器和无源器件。核心板和底板之间的采用高密连接器的方式,构建了一个与应用无关的嵌入式计算机平台,连接器的引脚定义可能是每个厂家专有的或通用的。 “SOMs”一词有时也被用来描述嵌入式 PCB 的整体行业,尽管在技术上来说并不很准确。图 1 是核心板的俯瞰图和底视图,采用 HDI 板对板连接器。

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图 1:PHYTEC 的 phyCORE-AM64x 核心板,采用 AM6442 处理器:顶部(左); 和底部(右)。 (图片由 PHYTEC 提供)

计算机模块(COM, Computer-on-Module)与核心板是差不多的概念,大多数人会用首字母缩写 SOM 或者 COM。 但无论是 SOMs 还是 COM,都是“模块”,也就是说它还需要一个 PCB 底板连接,才能在最终产品中使用。

载板(CB, Carrier Board)或底板是与核心板模块(SOM 或 COM)的配对的 PCBA,其实现了应用中所有需要用到的外设。一个需要显示的应用可能会在底板上设计一个 HDMI 接口,而需要以太网的产品则需要一个 RJ45 连接器。由于核心板模块是与应用无关的,它更容易根据应用所需外设以及最终产品的外壳尺寸来定制底板。底板在中间有一个空区,核心板模块可以放置在连接器上,如图 2 所示。

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图 2: PHYTEC 用于 phyCORE-AM64x 核心板的 phyBOARD-AM64x 底板(CB) PCB。(图片由PHYTEC 提供)

开发套件(DevKit 或简称 DVK)将核心板与底板相连接,试图最大限度地引出核心板理论上可能的功能接口。 开发人员在为特定应用设计定制底板之前,可以使用开发套件来开发软件或评估系统。 开发套件的底板有时会把两个不会同时使用的功能用多路复用器都实现出来。 开发套件还包括例如 LCD 屏幕和电源之类的配件。 开发套件是将核心板安装在通用底板上后的完整产品,如图 3 所示。

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图 3: PHYTEC 的 phyBOARD-AM64x-Electra 开发套件(SOM+CB)。(图片由 PHYTEC 提供)

单板计算机(SBC, Single-board Computer)是单个 PCB 组成的嵌入式计算机产品,其中包含处理器、支持系统运行所需的 IC 和外围连接器。 虽然它可能包括连接的配件,例如连接到相机模块的扩展卡或排线,但 SBC 不需要额外的 PCB 来工作。

应用套件是封装在外壳中的 SOM+CB 或 SBC,作为适用于特定应用的产品销售。应用套件独立运行,或者使用有线或无线通信协议集成到一个更大的设备网络中。应用套件外壳通常有安装孔以便于安装。

如您所见,核心板是紧凑型、低成本、易于集成的模块化的计算机。它是实现将产品推向市场并适用于几乎所有应用的最快方法之一。它可以支持针对最终产品外壳定制底板,甚至核心板所采用的处理器子型号(不同主频等级、温宽)和内存大小(512MB,1GB)通常是可以定制的。本文中的核心板是生产就绪型模块,适用于楼宇自动化网关、工业自动化网关等。

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作者: 厂商供稿

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