如何设计微控制器开发板

如何设计微控制器开发板

步骤1：考虑元件封装

小型SMD的元件引线也会减少，导致阻抗大大降低，电感和EMI是一件非常好的事情，尤其适用于射频和高频设计。

采用表面贴装路线还可以提高机械性能和耐用性，这对于振动和机械应力测试非常重要。/p》

第2步：选择您的微控制器

价格便宜，运行频率为80MHz（超频至160MHz）并且内置WiFi子系统。当用作独立的微控制器时，它可以执行某些操作，速度比Arduino快170倍。

在我们的例子中，我们将使用FTDI的FT230X。 FTDI的USB转串口芯片在大多数操作系统中都得到了很好的支持，因此对开发板来说是一个安全的选择。流行的替代品（更便宜的选择）包括来自SiLabs的CP2102和CH340G。

步骤4：选择您的稳压器

在我们的例子中，我们有一个双肖特基势垒，为此目的，它在一个封装中包含两个肖特基二极管。

步骤6：选择外围芯片（如果有）

您可以在接口上添加芯片使用您选择的微控制器来增强您的开发板为其用户提供的可用性或功能。

MCP3208是一款12位ADC，具有8个模拟通道。它可以在2.7V-5.5V之间的任何地方工作，最大采样率为100ksps。

增加一个流行的GPIO扩展器MCP23S17可以使用16个GPIO引脚。

电源输出电路使用两个肖特基二极管为电源输入提供简单的OR-ing功能。这在来自USB端口的5V和你希望提供给VIN引脚的任何东西之间建立了一场战斗 - 电子战的胜利者在顶部出现并为AMS1117稳压器供电。一个不起眼的SMD LED用作指示电源实际上被传送到电路板的其余部分。

为此，我们的开发板提供启动和复位开关，让用户切换GPIO 0的状态，并复位器件，使芯片进入所需的编程模式。上拉电阻可确保器件默认启动进入正常启动模式，启动最近存储的程序。

一旦涉及高速或模拟信号，PCB布局就变得更加重要。特别是模拟IC对接地噪声问题很敏感。地平面能够为感兴趣的信号提供更稳定的参考，从而降低通常由接地环路引起的噪声和干扰。

模拟走线必须远离高速数字走线，例如属于USB标准的差分数据线。差分数据信号走线应尽可能短，并应与走线长度匹配。避免转弯和过孔以减少反射和阻抗变化。

使用星形配置为设备供电（假设您尚未使用电源平面）还有助于通过消除当前返回路径来降低噪声。

步骤9 ：PCB Stack-Up

我们的开发板基于4层PCB堆栈，具有专用电源层和接地层。

您的“叠加”是PCB上图层的顺序。层的排列会影响您的设计的EMI兼容性，以及电路的信号完整性。

PCB叠加中要考虑的因素包括：

层数

层次顺序

层间间距

每层的目的（信号，平面等）

层厚度

成本

每个堆叠都有自己的优点和缺点。与2层设计相比，4层板将产生大约15dB的辐射。多层板更可能具有完整的接地层，降低接地阻抗和参考噪声。

步骤10：PCB层和信号完整性的更多考虑因素

理想情况下，信号层应位于电源或接地旁边平面，信号层与它们各自的邻近平面之间的距离最小。这样可以优化通过参考平面的信号返回路径。

电源和接地层可用于在层之间提供屏蔽，或用作内层的屏蔽。

快速信号理想地存储在多层PCB的内层，以包含迹线产生的EMI。

步骤11：关于过孔的侧注

过孔形成不同层之间的连接多层PCB。

使用的过孔类型将影响PCB生产的成本。与通孔过孔相比，盲/埋孔的制造成本更高。通孔穿过整个PCB，终止于最下层。隐藏的过孔隐藏在内部并且仅互连内层，而盲孔从PCB的一侧开始但在另一侧之前终止。通孔过孔是最便宜和最容易制造的，因此如果通过孔过孔优化成本使用。

步骤12：PCB制造和组装

I让我的电路板由ALLPCB制造，但您可以使用任何电路板制造商。我强烈建议在决定选择哪个板房用于制造时使用PCB Shopper来比较价格 - 所以你可以在价格和功能方面进行比较。

一些板房还提供PCB组装，你如果你想实现这个设计，可能需要它，因为它主要使用SMD甚至QFN部件。

步骤13：那就是所有人！

它仍然是非常早期的设计迭代，很快就会有新版本。

我希望你们从本指南中学到很多东西！ ：D

［微控制器］

1x ESP12F

［外设］

1 x MCP23S17 GPIO扩展器（QFN）

1 x MCP3208 ADC（SOIC）

［连接器和接口］

1 x FT231XQ USB转串口（QFN）

1个USB-B迷你连接器

2个16针母头/公头接头

［电源］

1 x AMS1117 - 3.3稳压器（SOT-223-3）

［其他］

1 x ECQ10A04-F双肖特基势垒（TO-252）

2 x BC847W（ SOT323）

2 x 27 ohm 1％SMD 0603电阻器

3 x 270 ohm 1％SMD 0603电阻器

2 x 470 ohm 1％SMD 0603电阻器

2 x 10uF 50V SMD 0603电容器

1 x 1uF 50V SMD 0603电容器

2 x 47pF 50V SMD 0603电容器

1 x SMD LED 0603绿色

1 x SMD LED 0603黄色

1 x SMD LED 0603蓝色

1 x铁氧体磁珠600/100mhz SMD 0603

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