硬件模块的设计和检查(上)

广州创龙廖工

这里提到的硬件设计主要指基于芯片级的外围电路设计。这次总结以MicroChip的一个网口PHY芯片KSZ9031MNX的设计为例来讲解。

    第一步：搜集资料
    参考资料可以从官网、搜索引擎获取，当然能拿到已经验证的那就几乎搞定了原理图设计。
官网资料搜索：http://www.microchip.com/search/ ... x?id=2&q=KSZ9031MNX
参考板资料：http://www.microchip.com/Develop ... tNO=KSZ9031MNX-EVAL
    找到数据手册后，先整体阅读数据手册，明确芯片功能，原理框图，有无特别注意事项等。
    第二步：功能设计

l  拿到参考资料后，开始设计，首先确定器件的唯一型号，确定并绘制原理图封装，绘制完后记得按照引脚列表进行double check。对于一个引脚描述的理解错误可以导致芯片乃至一个设备的损坏。

l  按照芯片给出的电气特性----Operating Ratings，进行电源设计，评估各路电源电压值、最大电流值、波动范围，选取合适的DCDC或LDO。

l  按照手册描述，确定晶振频率，是有源还是无源，如果是无源，需计算出负载电容的大小。

l  输入端，首先看接口是否吻合，GMII肯定得对GMII的接口才行，电平不能搞错了，比如有时会出现处理器的电平是3.3V的但是PHY的电平是2.5V的，这时候，如果PHY不兼容3.3V的话，就需要增加电平转换芯片了。

除了电平，也要考虑输入端的信号线阻抗要求，参考下一点的RJ的RX端。

l  输出端，和输入端类似，这里的PHY的输出端有两个，一边是连接处理那边的RX，另外一边是连接RJ45的TX，连接RJ45那端就需要考虑阻抗匹配了，网口是100欧姆的差分对阻抗。

l  然后是模式配置，这个案例中包括LED模式、地址、PHY工作模式、125MHz时钟输出等配置。

LED使用RJ45自带LED，选择为单LED灯模式，而非选用可以显示三种颜色的双LED灯模式。

使用10K下拉电阻配置地址为00000，配置地址时需注意，如果一个板子上有两个电阻，记得配置为不同的地址。

使用的是GMII，这里配置为0001模式。

配置为125MHz使能输出，实际设计并未使用到该信号，这个125MHz是用来作为KSZ9031MNX正常供电已经跑起来的标志。

       按照上面这几个步骤，结合原理图引脚说明及其对应细节部分，基本上就可以搭建一个芯片外围电阻的原始稿了，使用软件自带的DRC功能检查修改后，接下来就是优化工作了。

    第三步：性能设计

    优化工作，主要是从稳定性和确定初始状态上着手。稳定性，比如这个PHY芯片官方的方案的1.25V的电源是使用PHY芯片自带控制引脚控制MOS管产生1.25V的电源，但是这种方式，一不注意，控制线受到时钟线、晶振的影响，导致电源偏离芯片正常工作范围。此类敏感部分，可以考虑使用1.2V的LDO替代，保证其电压不偏离。另外是初始状态的确定，比如复位、LED灯等，需要在芯片上电完成之前给予一个确定状态，比如LED如果没有确定状态，芯片初始化完成之前可能LED灯会微微发亮。

    补充一点就是注意BOM的排查，比如成本、供货情况等。