M105x系列跨界硬件核心板应用路电设计

、M105x系列跨界硬件核心板是 ZLG致远电子精心设计的低功耗、高性能的嵌入式跨界 硬件 SoC 核心板，处理器采用 NXP 的 RT105x 跨界嵌入式处理器，主频最高可达 528MHz，集成了 SDRAM、NAND Flash、SPI Flash、硬件看门狗和各种无线模块，可选多种通讯接口方式，比如，Wi-Fi、zigbee、LoRa、NFC、UART、I 2C、SPI、CAN、Ethernet、USB 和 SDIO 等，同时内部集成了电源管理单元 PMU，大大地简化了系统电源设计，降低了产品设计成 本。这里介绍M105x应用路电设计。

工具/原料

M105x系列跨界硬件核心板

最小系统

1、M105x 核心板最小系统如图 3.1 所示，由于核心板集成了处理器、内存、存储、复位芯 片、处理器时序电源，在实际应用时核心板的底板设计只需要一个 5V 电源供电和简单的配 置管脚即可，系统采用 SWD 方式调试和开发，烧写固件即可通过 SWD 也可以通过TF卡。

软件调试接口SWD

1、M105x 系列核心板推荐使用 J-Link 开发，虽然 M105x 既支持 JTAG，也支持 SWD，但 为了最大化的使用 RT105x 系列处理器的资源，推荐使用 SWD 的连接方式。相比于 JTAG 的 5 根信号线，SWD 方式仅需要 2 根信号线。在使用 J-Link 连接 M105x 核心板时，请尽量使 SWD 的连接线（比如杜邦线）尽可能 的短，以免 J-Link 的连接不稳定，甚至连接不上 RT105x 处理器，找不到内核。如果实际中 线足够短，但还是出现了连接不上的情况，请在靠近 M105x 核心板一端，将连接 SWD 接 口的 GND 连接线放置在 CLK 和 DIO 之间，以免 CLK 和 DIO 串扰，并再次尝试连接。

电源电路

1、供电系统的设计在嵌入式产品的设计中至关重要，设计时不但需要考虑电源本身的基本 电气参数，还要考虑电源的稳定性设计，如电磁兼容、温度范凿速钲挞围、安全设计、三防设计等因 素，任何一个疏忽的因素都可能导致整个系统无法正常工作。在开始为一款新的产品设计供 电系统前，我们应当彻底了解整个系统的实际需求，并综合成本与效率全面论证可行的设计 方案，为系统选择一种合适的供电方法。简易开关稳压电源具有使用简单、效率高、转换压差大、电流输出能力强、发热量小的 特点，使其在嵌入式系统领域应用广泛，但各种型号电源芯片价格和特性也有一定的差异。 比如 LM2575 特点是电源输入范围宽、输出功率大，MP24943 和 TPS5430DDA 特点是价格 低廉，而且体积超小，用户可根据实际情况选择合适的开关稳压电源芯片。评估板选用的方 案为 MP1482，该芯片具有输出电流大，耗散功率小、价格便宜等优点。系统 5V 的电源参 考电路如图 3.2 所示。为了保证输出电压的精度，R18、R20 建议使用 1%以上的精度。系统 3.3V 电源供电，可以采用 TLV62565 电源方案。参考电路详见图 3.3，该电源芯片 关键特性如下：高达 96%的转换效率；输出电源可调：0.9V～3.9V；最大输出电流 1.5A；关断电流为 0.3µA，静态电流 28µA；内置同步调整开关管，提高转换效率；开关频率 1.7MHz；集成短路、过流及 ESD 保护。输出电压可通过改变 R109、R110 的阻值来调节，参考公式： VOUT ＝ VFB× [（R109 / R110）＋ 1] 其中，反馈电压 VFB ＝ 0.6V。

复位电路

1、M105x 核心板在复位引脚nRST_IN 上产生一个至少1μs 的低电平即可对系统进行复位， 复位电路请参考图 3.4 所示。与按键 S1 并联的 C29 电容用于消除按键抖动，电阻 R16 和电 容 C30 组成的 RC 滤波器，用于消除从复位按键和外部引入的干扰，同时也可消除一定的按 键抖动，ESD 保护器件用于消除人手和外部静电干扰。nRST_IN 连接到核心板上复位芯片的手动复位输入引脚，在系统正常工作时，核心板 上复位芯片的 RESET 复位引脚输出高电平，当按下复位按键时，nRST_IN 变低，进而复位 芯片的 RESET 复位输出引脚输出 200ms 的低电平给 CPU 复位引脚，保证系统能正常复位。

调试串口电路

1、M105x 核心板使用 UART1 作为调试串口，用于在调试过程中输出调试信息，建议用户 不要修改调试串口，以免增加系统移植难度。调试串口参考电路如图 3.5 所示。电平转换芯片采用 SP3232，它内部有一个高效的电荷泵，工作电压为 3.3V 时只需 0.1μF 电容就可进行操作，电荷泵允许 SP3232 在+3.3V 到+5.0V 内的某个电压下发送符合 RS-232C 的信号，SP3232 器件内部的 ESD 保护使得驱动器和接收器的管脚可承受±15kV 人体模型放电、IEC61000-4-2 的±8kV 接触放电和±15kV 空气放电，因此在 RS232 接口端 一般来说无需再增加 ESD 保护器件。

USB电路

1、M105x 系列处理器支持 2 路 USB OTG 控制器，M105x-EV-Board 主板将 USB OTG2 设 计为 1 路标准 USB Host 接口，而将 USB OTG1 拆分为 1 路 USB Host 接口和 USB Device 接口，由于 USB Host 和 USB Device 两个接口电路是由 USB OTG1 拆分而来，因此不能同时使用。1. USB1 电路 USB1 参考电路如图 3.6 所示，因为 USB1 支持 OTG 功能，因此设计了两个 USB 接口。 接口 J7 为 USB Host，接口 J8 为 USB Device，两路接口共用 USB1，为了防止热插拔过程 静电损坏处理器，在数据引脚上连接了 ESD 保护器件 NUP4202W1T2G。USB_OTG1_ID 引 脚的电平状态决定 USB1 是使用 Host 功能还是 Device 功能，当 JP30 断开时，USB_OTG1_ID 为高电平，USB1 用作 Device 功能（默认）；当 JP30 短接时，USB_OTG1_ID 为低电平，USB1 用作 Host 功能。

2、2. USB2 电路 USB2 参考电路如图 3.7 所示。USB2 固定用作 Host 功能，为了防止热插拔过程静电损 坏处理器，在数据引脚上连接了 ESD 保护器件 NUP4202W1T2G。

蜂鸣器电路

1、M105x-EV-Board 主板设计了蜂鸣器驱动电路，参考电路如图 3.8 所示，主板使用的是 无源蜂鸣器，电容 C43 用于衰减蜂鸣器的 EMC 辐射干扰，D3 起保护三极管的作用。当三 极管突然截止时，无源蜂鸣器两端产生的瞬时感应电动势可以通过 D3 迅速释放掉，避免其叠加到三极管集电极上从而击穿三极管。

以太网接口电路

1、以太网电路结构示意图如图 3.9所示，M105x 核心板处理器内部集成以太网控制器MAC （Media Access Controller），需要实现以太网通信功能时，需要底板设计上添加以太网收发 电路（PHY）和以太网变压器电路即可。M105x 核心板采用了 RMII 接口与以太网 PHY 连接，接口应用参考电路框图如图 3.10 所示。

2、1. 以太网收发器电路 M105x-EV-Board 主板使用 TI 公司的 DP83848K 作为以太网收发芯片（以太网 PHY 芯 片）。该芯片是单端口 10M/100M 以太网收发器，支持 MII/RMII 接口，支持 2 个 LED 指示 连接状态和速度，处理器 MAC 与 PHY 通过 RMII 接口相连。使用 RMII 接口时，需要为以 太网以太网PHY 芯片提供50MHz 的参考时钟，该时钟可以由 MCU 提供，也可以外接 50MHz 的有源晶振，M105x-EV-Board 主板中采用 MCU 提供时钟给以太网 PHY 芯片。 如图 3.11 所示为 DP83848K 电路，接口模式配置为 RMII，PCB 设计时以太网的 PHY 芯片至 M105x 核心板连接器的 RMII 走线注意做等长处理，走线应尽量短，同时需要留意 TXD 和 RXD 信号线上串联的电阻，TXD 上串接的电阻应靠近核心板连接器处，RXD 上串 接的电阻应靠近以太网 PHY 芯片处。

3、2. 以太网变压器电路 如图 3.12 所示，网络变压器主要用于信号电平耦合，一方面可以增强信号，保证传输 距离；另一方面可以与外界隔离，提高抗干扰能力，也使不同驱动类型的以太网 PHY 芯片 能够相互连接通信。以太网 PHY 芯片输出分为电压驱动型和电流驱动型。网络变压器与 PHY 之间通过差分 信号线连接，对于电压驱动型 PHY，差分线需并接 49.9Ω 的匹配电阻到 VCC（PHY 芯片电 源，一般为 3.3V）；对于电流驱动型 PHY，差分线需并接 49.9Ω 的匹配电阻通过串接电容到 GND。以太网 PHY 芯片 DP83848K 为电压驱动型，所以与网络变压器的差分线通过并接 49.9Ω 的匹配电阻到 3.3V PHY 电源上。网络变压器与 RJ45 网线接口之间也要接 75Ω 匹配电阻， 以匹配输出电缆特征阻抗。

RTC电路

1、实时时钟（RTC）可以采用 M105x 核心板内部 RTC，也可以采用外部 RTC。使用处理 器内部RTC时，VDD_XTAL引脚需要一直供电。由于RT105x 的片内RTC备份电流是36µA，如果系统对 RTC 的备份电流有要求，建议使用外扩 RTC 器件来延长 RTC 电池的使用时间， 同时 RTC 的时间精度也有保证。M105x-EV-Board 主板扩展了一个实时时钟芯片 PCF85063，PCF85063 是一款低功耗的 CMOS 实时时钟/日历芯片，支持可编程时钟输出、中断输出、低压检测等，与处理器通过 I 2C 串行总线进行通信，最大总线速率可达 400Kbit/s。PCF85063 主要特性如下：基于 32.768kHz 的时钟，提供年、月、日、星期、时、分、秒等时间；宽电源电压范围：0.9V～5.5V；极低的备份电流：0.22µA（VDD = 3.3V,Tamb = 25℃）；报警和定时功能；集成晶振电容；I 2C 设备地址：读：A3h，写：A2h；支持开漏中断输出。PCF85063 参考应用电路如图 3.13 所示。芯片供电电源可在 3.3V 系统电源和纽扣电池 间切换。通过选择短接 CB1、CB2、CB3 将 C34、C35、C36 与 C33 并联，来调整晶振频率 的精度。RTC 和处理器间通过 I 2C 总线进行通讯。M105x-EV-Board 主板已经将 I 2C 添加了上拉电阻，如在该 I 2C 总线挂接其他设备时， 不需要再使用上拉电阻，重复使用上拉电阻会影响 I 2C 通信速率。

TF卡接口电路

1、M105x-EV-Board 主板使用了 SD1 接口连接 TF 卡，并支持从该 TF 卡接口启动系统。 图 3.14 为 TF 卡参考接口电路。卡检测信号线 SD_nCD 用于检测卡是否插入。当卡未插入 卡座时，SD_nCD 被上拉为高电平，当卡完全插入卡座时，SD_nCD 被拉低。

LCD接口电路

1、M105x 系列处理器集成 LCD 控制器和触摸屏控制器，L觊皱筠桡CD 控制器支持 16bit 和 24bitRGB 模式，为充分利用 I/O 资源，主板采用了 16bit RGB 显示，参考设计电路详见图 3.15 所示。M105x-EV-Board 主板液晶屏接口选用 50pin 的软排线接口，该接口兼容 TFT-4.3A 和 TFT-4.3CAP（触摸屏默认 I 2C 地址为 0x38）液晶套件的液晶接口（该液晶接口也可支持 24bit RGB 显示，用户如果需要使用该接口模式可以按照图 3.15 所列的定义设计电路）。为防止信号反射，每根信号线上均串联了 22Ω 的匹配电阻，在 PCB 布线时，串联的电 阻尽量靠近核心板连接器放置，时钟线 TFT_VCLK 上加了磁珠和电容滤波电路，能有效滤 除时钟线上的干扰，也避免了 EMI 辐射。触摸屏信号线加了 RC 滤波电路和 ESD 保护电路， 能有效提高触摸屏的抗干扰能力。需要注意的是，由于 MCU 驱动能力有限，当液晶屏连接 线过长时，可能导致液晶屏显示不正常，此时可以在信号线上添加总线驱动器（例如 SN74LVC245），增强驱动能力。图中的 TFT_PWR 信号和 CAP_RST 信号建议连接至核心板 的 GPIO 上，方便通过 CPU 控制这两个信号，以保证液晶屏和电容触摸屏可靠工作。

触摸屏控制电路

1、由于 RT105x 处理器引脚复用的功能较多，在带有无线功能的 M105x 核心板中，CPU 自带的四线电阻式触摸屏的引脚与无线通讯模块的 SPI 引脚复用，因此带有无线功能的 M105x 核心板无法使用 CPU 自带的四线电阻式触摸屏。为解决此问题，M105x-EV-Board 评估底板上面额外添加了 BU21029MUV 触控芯片来 支持电阻式触摸屏功能，电路如图 3.16 所示，BU21029MUV 通过 I 2C 接口与 CPU 通信，将 四线电阻式触摸屏的信号转换为数字信号提供给 CPU。同时 M105x-EV-Board 评估底板考虑了支持电阻触摸和电容触摸两种触摸屏，通过液晶 屏的 FFC 连接器上的 I 2C 接口可以与电容触摸屏通信。M105x-EV-Board 评估底板的 I 2C 接 口连接了 RTC 芯片 PCF85063（地址 0xA2），电阻式触摸屏芯片 BU21029MUV（地址 0x40） 或电容触摸屏（地址 0x38），在电路设计扩展 I 2C 设备时，需要注意器件地址，不要冲突。对于电阻式触摸屏的方案，致远电子推荐客户使用扩展芯片的技术方案，相比于使用 CPU 自带电阻触摸屏接口，优点是：（1）可以避免与无线通讯模块的信号冲突，腾出了引 脚；（2）触控精准，用户体验好。缺点是：（1）增加了扩展触摸屏芯片的成本。

CSI电路

1、M105x-EV-Board 提供了 1 路并行摄像头接口，电路如图 3.17 所示。该 FFC 接口兼容致 远电子 Camera-Test 摄像头转接板，转接板上并行信号通过 ADV7180 芯片转换为模拟摄像 头输入，转接板接口形式为 BNC075 插座。在设计 PCB 时注意 D0~D7 数据接口的走线需要 等长处理。

MQS音频

1、MQS 信号与 SRC_BOOT_MODE 信号引脚复用，SRC_BOOT_MODE 引脚用来设置系 统启动模式，引脚状态会在 CPU 复位信号的上升沿锁定到寄存器中，默认情况下设置为 CPU 内部启动，然后 CPU 会读取用户设置的 BOOT_CFG 引脚状态，从 BOOT_CFG 状态对应的 设备启动，如 SPI Flash、TF 卡等。当 SRC_BOOT_MODE 信号引脚在系统复位的上升沿锁定后，就可以用作其它功能了， 比如 MQS。MQS 的使用非常简单，直接连接耳机或功放即可。