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硬件工程师手册硬件工程师手册目 录第一章 概述3第一节 硬件开发过程简介3§1.1.1 硬件开发的基本过程4§1.1.2 硬件开发的规范化4第二节 硬件工程师职责与基本技能4§1.2.1 硬件工程师职责4§1.2.1 硬件工程师基本素质与技术5第二章 硬件开发规范化管理5第一节 硬件开发流程5§3.1.1 硬件开发流程文件介绍5§3.2.2 硬件开发流程详解6第二节 硬件开发文档规范9§2.2.1 硬件开发文档规范文件介绍9§2.2.2 硬件开发文档编制规范详解10第三节 与硬件开发相关的流程文件介绍11§3.3.1 项目立项流程：11§3.3.2 项目实施管理流程：12§3.3.3 软件开发流程：12§3.3.4 系统测试工作流程：12§3.3.5 中试接口流程12§3.3.6 内部验收流程13第三章 硬件EMC设计规范13第一节 CAD辅助设计14第二节 可编程器件的使用19§3.2.1 FPGA产品性能和技术参数19§3.2.2 FPGA的开发工具的使用：22§3.2.3 EPLD产品性能和技术参数23§3.2.4 MAX + PLUS II开发工具26§3.2.5 VHDL语音33第三节 常用的接口及总线设计42§3.3.1 接口标准：42§3.3.2 串口设计：43§3.3.3 并口设计及总线设计：44§3.3.4 RS232接口总线44§3.3.5 RS422和RS423标准接口联接方法45§3.3.6 RS485标准接口与联接方法45§3.3.7 20mA电流环路串行接口与联接方法47第四节 单板硬件设计指南48§3.4.1 电源滤波：48§3.4.2 带电插拔座：48§3.4.3 上下拉电阻：49§3.4.4 ID的标准电路49§3.4.5 高速时钟线设计50§3.4.6 接口驱动及支持芯片51§3.4.7 复位电路51§3.4.8 Watchdog电路52§3.4.9 单板调试端口设计及常用仪器53第五节 逻辑电平设计与转换54§3.5.1 TTL、ECL、PECL、CMOS标准54§3.5.2 TTL、ECL、MOS互连与电平转换66第六节 母板设计指南67§3.6.1 公司常用母板简介67§3.6.2 高速传线理论与设计70§3.6.3 总线阻抗匹配、总线驱动与端接76§3.6.4 布线策略与电磁干扰79第七节 单板软件开发81§3.7.1 常用CPU介绍81§3.7.2 开发环境82§3.7.3 单板软件调试82§3.7.4 编程规范82第八节 硬件整体设计88§3.8.1 接地设计88§3.8.2 电源设计91第九节 时钟、同步与时钟分配95§3.9.1 时钟信号的作用95§3.9.2 时钟原理、性能指标、测试102第十节 DSP技术108§3.10.1 DSP概述108§3.10.2 DSP的特点与应用109§3.10.3 TMS320 C54X DSP硬件结构110§3.10.4 TMS320C54X的软件编程114第四章 常用通信协议及标准120第一节 国际标准化组织120§4.1.1 ISO120§4.1.2 CCITT及ITU-T121§4.1.3 IEEE121§4.1.4 ETSI121§4.1.5 ANSI122§4.1.6 TIA/EIA122§4.1.7 Bellcore122第二节 硬件开发常用通信标准122§4.2.1 ISO开放系统互联模型122§4.2.2 CCITT G系列建议123§4.2.3 I系列标准125§4.2.4 V系列标准125§4.2.5 TIA/EIA 系列接口标准128§4.2.5 CCITT X系列建议130参考文献132第五章 物料选型与申购132第一节 物料选型的基本原则132第二节 IC的选型134第三节 阻容器件的选型137第四节 光器件的选用141第五节 物料申购流程144第六节 接触供应商须知145第七节 MRPII及BOM基础和使用146第一章 概述第一节 硬件开发过程简介§1.1.1 硬件开发的基本过程产品硬件项目的开发，首先是要明确硬件总体需求情况，如CPU处理能力、存储容量及速度，I/O端口的分配、接口要求、电平要求、特殊电路（厚膜等）要求等等。其次，根据需求分析制定硬件总体方案，寻求关键器件及电咱的技术资料、技术途径、技术支持，要比较充分地考虑技术可能性、可靠性以及成本控制，并对开发调试工具提出明确的要求。关键器件索取样品。第三、总体方案确定后，作硬件和单板软件的详细设计，包括绘制硬件原理图、单板软件功能框图及编码、PCB布线，同时完成开发物料清单、新器件编码申请、物料申领。第四，领回PCB板及物料后由焊工焊好12块单板，作单板调试，对原理设计中的各功能进行调测，必要时修改原理图并作记录。第五，软硬件系统联调，一般的单板需硬件人员、单板软件人员的配合，特殊的单板（如主机板）需比较大型软件的开发，参与联调的软件人员更多。一般地，经过单板调试后在原理及PCB布线方面有些调整，需第二次投板。第六，内部验收及转中试，硬件项目完成开发过程。§1.1.2 硬件开发的规范化上节硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行，不仅如此，硬件开发涉及到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到质量保障的要求。这主要表现在，技术的采用要经过总体组的评审，器件和厂家的选择要参照物料认证部的相关文件，开发过程完成相应的规定文档，另外，常用的硬件电路（如ID.WDT）要采用通用的标准设计。第二节 硬件工程师职责与基本技能§1.2.1 硬件工程师职责一个技术领先、运行可靠的硬件平台是公司产品质量的基础，硬件工程师职责神圣，责任重大。1、硬件工程师应勇于尝试新的先进技术之应用，在产品硬件设计中大胆创新。2、坚持采用开放式的硬件架构，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计中考虑将来的技术升级。3、充分利用公司现有的成熟技术，保持产品技术上的继承性。4、在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达至最优。5、技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升。§1.2.1 硬件工程师基本素质与技术硬件工程师应掌握如下基本技能：第一、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力；第二、熟练运用设计工具，设计原理图、EPLD、FPGA调试程序的能力；第三、运用仿真设备、示波器、逻辑分析仪调测硬件的能力；第四、掌握常用的标准电路的设计能力，如ID电路、WDT电路、型滤波电路、高速信号传输线的匹配电路等；第五、故障定位、解决问题的能力；第六、文档的写作技能；第七、接触供应商、保守公司机密的技能。第二章 硬件开发规范化管理第一节 硬件开发流程§3.1.1 硬件开发流程文件介绍在公司的规范化管理中，硬件开发的规范化是一项重要内容。硬件开发规范化管理是在公司的硬件开发流程及相关的硬件开发文档规范、PCB投板流程等文件中规划的。硬件开发流程是指导硬件工程师按规范化方式进行开发的准则，规范了硬件开发的全过程。硬件开发流程制定的目的是规范硬件开发过程控制，硬件开发质量，确保硬件开发能按预定目的完成。公司硬件开发流程的文件编号为4/QM-RSD009，生效时间为1997年？月21日。硬件开发流程不但规范化了硬件开发的全过程，同时也从总体上，规定了硬件开发所应完成的任务。做为一名硬件工程师深刻领会硬件开发流程中各项内容，在日常工作中自觉按流程办事，是非常重要的，否则若大一个公司就会走向混乱。所有硬件工程师应把学流程、按流程办事、发展完善流程、监督流程的执行作为自己的一项职责，为公司的管理规范化做出的贡献。§3.2.2 硬件开发流程详解硬件开发流程对硬件开发的全过程进行了科学分解，规范了硬件开发的五大任务。l 硬件需求分析l 硬件系统设计l 硬件开发及过程控制l 系统联调l 文档归档及验收申请。硬件开发真正起始应在立项后，即接到立项任务书后，但在实际工作中，许多项目在立项前已做了大量硬件设计工作。立项完成后，项目组就已有了产品规格说明书，系统需求说明书及项目总体方案书，这些文件都已进行过评审。项目组接到任务后，首先要做的硬件开发工作就是要进行硬件需求分析，撰写硬件需求规格说明书。硬件需求分析在整个产品开发过程中是非常重要的一环，硬件工程师更应对这一项内容加以重视。一项产品的性能往往是由软件和硬件共同完成的，哪些是由硬件完成，哪些是由软件完成，项目组必须在需求时加以细致考虑。硬件需求分析还可以明确硬件开发任务。并从总体上论证现在的硬件水平，包括公司的硬件技术水平是否能满足需求。硬件需求分析主要有下列内容。l 系统工程组网及使用说明l 基本配置及其互连方法l 运行环境l 硬件整体系统的基本功能和主要性能指标l 硬件分系统的基本功能和主要功能指标l 功能模块的划分l 关键技术的攻关l 外购硬件的名称型号、生产单位、主要技术指标l 主要仪器设备l 内部合作，对外合作，国内外同类产品硬件技术介绍l 可靠性、稳定性、电磁兼容讨论l 电源、工艺结构设计l 硬件测试方案从上可见，硬件开发总体方案，把整个系统进一步具体化。硬件开发总体设计是最重要的环节之一。总体设计不好，可能出现致命的问题，造成的损失有许多是无法挽回的。另外，总体方案设计对各个单板的任务以及相关的关系进一步明确，单板的设计要以总体设计方案为依据。而产品的好坏特别是系统的设计合理性、科学性、可靠性、稳定性与总体设计关系密切。硬件需求分析和硬件总体设计完成后，总体办和管理办要对其进行评审。一个好的产品，特别是大型复杂产品，总体方案进行反复论证是不可缺少的。只有经过多次反复论证的方案，才可能成为好方案。进行完硬件需求分析后，撰写的硬件需求分析书，不但给出项目硬件开发总的任务框架，也引导项目组对开发任务有更深入的和具体的分析，更好地来制定开发计划。硬件需求分析完成后，项目组即可进行硬件总体设计，并撰写硬件总体方案书。硬件总体设计的主要任务就是从总体上进一步划分各单板的功能以及硬件的总体结构描述，规定各单板间的接口及有关的技术指标。硬件总体设计主要有下列内容：l 系统功能及功能指标l 系统总体结构图及功能划分l 单板命名l 系统逻辑框图l 组成系统各功能块的逻辑框图，电路结构图及单板组成l 单板逻辑框图和电路结构图l 关键技术讨论l 关键器件总体审查包括两部分，一是对有关文档的格式，内容的科学性，描述的准确性以及详简情况进行审查。再就是对总体设计中技术合理性、可行性等进行审查。如果评审不能通过，项目组必须对自己的方案重新进行修订。硬件总体设计方案通过后，即可着手关键器件的申购，主要工作由项目组来完成，计划处总体办进行把关。关键元器件往往是一个项目能否顺利实施的重要目标。关键器件落实后，即要进行结构电源设计、单板总体设计。结构电源设计由结构室、MBC等单位协作完成，项目组必须准确地把自己的需求写成任务书，经批准后送达相关单位。单板总体设计需要项目与CAD配合完成。单板总体设计过程中，对电路板的布局、走线的速率、线间干扰以及EMI等的设计应与CAD室合作。CAD室可利用相应分析软件进行辅助分析。单板总体设计完成后，出单板总体设计方案书。总体设计主要包括下列内容：l 单板在整机中的的位置：单板功能描述l 单板尺寸l 单板逻辑图及各功能模块说明l 单板软件功能描述l 单板软件功能模块划分l 接口定义及与相关板的关系l 重要性能指标、功耗及采用标准l 开发用仪器仪表等每个单板都要有总体设计方案，且要经过总体办和管理办的联系评审。否则要重新设计。只有单板总体方案通过后，才可以进行单板详细设计。单板详细设计包括两大部分：l 单板软件详细设计l 单板硬件详细设计单板软、硬件详细设计，要遵守公司的硬件设计技术规范，必须对物料选用，以及成本控制等上加以注意。本书其他章节的大部分内容都是与该部分有关的，希望大家在工作中不断应用，不断充实和修正，使本书内容更加丰富和实用。不同的单板，硬件详细设计差别很大。但应包括下列部分： 单板整体功能的准确描述和模块的精心划分。 接口的详细设计。 关键元器件的功能描述及评审，元器件的选择。 符合规范的原理图及PCB图。 对PCB板的测试及调试计划。 单板详细设计要撰写单板详细设计报告。详细设计报告必须经过审核通过。单板软件的详细设计报告由管理办组织审查，而单板硬件的详细设计报告，则要由总体办、管理办、CAD室联合进行审查，如果审查通过，方可进行PCB板设计，如果通不过，则返回硬件需求分析处，重新进行整个过程。这样做的目的在于让项目组重新审查一下，某个单板详细设计通不过，是否会引起项目整体设计的改动。如单板详细设计报告通过，项目组一边要与计划处配合准备单板物料申购，一方面进行PCB板设计。PCB板设计需要项目组与CAD室配合进行，PCB原理图是由项目组完成的，而PCB画板和投板的管理工作都由CAD室完成。PCB投板有专门的PCB样板流程。PCB板设计完成后，就要进行单板硬件过程调试，调试过程中要注意多记录、总结，勤于整理，写出单板硬件过程调试文档。当单板调试完成，项目组要把单板放到相应环境进行单板硬件测试，并撰写硬件测试文档。如果PCB测试不通过，要重新投板，则要由项目组、管理办、总体办、CAD室联合决定。在结构电源，单板软硬件都已完成开发后，就可以进行联调，撰写系统联调报告。联调是整机性能提高，稳定的重要环节，认真周到的联调可以发现各单板以及整体设计的不足，也是验证设计目的是否达到的唯一方法。因此，联调必须预先撰写联调计划，并对整个联调过程进行详细记录。只有对各种可能的环节验证到才能保证机器走向市场后工作的可靠性和稳定性。联调后，必须经总体办和管理办，对联调结果进行评审，看是不是符合设计要求。如果不符合设计要求将要返回去进行优化设计。如果联调通过，项目要进行文件归档，把应该归档的文件准备好，经总体办、管理办评审，如果通过，才可进行验收。 总之，硬件开发流程是硬件工程师规范日常开发工作的重要依据，全体硬件工程师必须认真学习。第二节 硬件开发文档规范§2.2.1 硬件开发文档规范文件介绍 为规范硬件开发过程中文档的编写，明确文档的格式和内容，规定硬件开发过程中所需文档清单，与硬件开发流程对应制定了硬件开发文档编制规范。开发人员在写文档时往往会漏掉一些该写的内容，编制规范在开发人员写文档时也有一定的提示作用。硬件开发文档编制规范适用于中央研究部立项项目硬件系统的开发阶段及测试阶段的文档编制。规范中共列出以下文档的规范：l 硬件需求说明书l 硬件总体设计报告l 单板总体设计方案l 单板硬件详细设计l 单板软件详细设计l 单板硬件过程调试文档l 单板软件过程调试文档l 单板系统联调报告l 单板硬件测试文档l 单板软件归档详细文档l 单板软件归档详细文档l 硬件总体方案归档详细文档l 硬件单板总体方案归档详细文档l 硬件信息库 这些规范的具体内容可在HUAWEI服务器中的“中研部ISO9000资料库”中找到，对应每个文档规范都有相应的模板可供开发人员在写文档时“填空”使用。模块在rndI服务器中的文档管理数据库中。§2.2.2 硬件开发文档编制规范详解 1、硬件需求说明书 硬件需求说明书是描写硬件开发目标，基本功能、基本配置，主要性能指标、 运行环境，约束条件以及开发经费和进度等要求，它的要求依据是产品规格说明书和系统需求说明书。它是硬件总体设计和制订硬件开发计划的依据， 具体编写的内容有：系统工程组网及使用说明、硬件整体系统的基本功能和主要性能指标、硬件分系统的基本功能和主要性能指标以及功能模块的划分等。 2、硬件总体设计报告 硬件总体设计报告是根据需求说明书的要求进行总体设计后出的报告，它是硬件详细设计的依据。编写硬件总体设计报告应包含以下内容： 系统总体结构及功能划分，系统逻辑框图、组成系统各功能模块的逻辑框图，电路结构图及单板组成，单板逻辑框图和电路结构图，以及可靠性、安全性、电磁兼容性讨论和硬件测试方案等。 3、单板总体设计方案在单板的总体设计方案定下来之后应出这份文档，单板总体设计方案应包含单板版本号，单板在整机中的位置、开发目的及主要功能，单板功能描述、单板逻辑框图及各功能模块说明，单板软件功能描述及功能模块划分、接口简单定义与相关板的关系，主要性能指标、功耗和采用标准。4、单板硬件详细设计 在单板硬件进入到详细设计阶段，应提交单板硬件详细设计报告。在单板硬件详细设计中应着重体现：单板逻辑框图及各功能模块详细说明，各功能模块实现方式、地址分配、控制方式、接口方式、存贮器空间、中断方式、接口管脚信号详细定义、时序说明、性能指标、指示灯说明、外接线定义、可编程器件图、功能模块说明、原理图、详细物料清单以及单板测试、调试计划。有时候一块单板的硬件和软件分别由两个开发人员开发，因此这时候单板硬件详细设计便为软件设计者提供了一个详细的指导，因此单板硬件详细设计报告至关重要。尤其是地址分配、控制方式、接口方式、中断方式是编制单板软件的基础，一定要详细写出。 5、单板软件详细设计 在单板软件设计完成后应相应完成单板软件详细设计报告，在报告中应列出完成单板软件的编程语言，编译器的调试环境，硬件描述与功能要求及数据结构等。要特别强调的是：要详细列出详细的设计细节，其中包括中断、主程序、子程序的功能、入口参数、出口参数、局部变量、函数调用和流程图。在有关通讯协议的描述中，应说明物理层，链路层通讯协议和高层通讯协议由哪些文档定义。 6、单板硬件过程调试文档 开发过程中，每次所投PCB板，工程师应提交一份过程文档，以便管理阶层了解进度，进行考评，另外也给其他相关工程师留下一份有参考价值的技术文档。每次所投PCB板时应制作此文档。这份文档应包括以下内容：单板硬件功能模块划分，单板硬件各模块调试进度，调试中出现的问题及解决方法，原始数据记录、系统方案修改说明、单板方案修改说明、器件改换说明、原理图、PCB图修改说明、可编程器件修改说明、调试工作阶段总结、调试进展说明、下阶段调试计划以及测试方案的修改。 7、单板软件过程调试文档 每月收集一次单板软件过程调试文档，或调试完毕（指不满一月）收集，尽可能清楚，完整列出软件调试修改过程。单板软件过程调试文档应当包括以下内容：单板软件功能模块划分及各功能模块调试进度、单板软件调试出现问题及解决、下阶段的调试计划、测试方案修改。 8、单板系统联调报告 在项目进入单板系统联调阶段，应出单板系统联调报告。单板系统联调报告包括这些内容：系统功能模块划分、系统功能模块调试进展、系统接口信号的测试原始记录及分析、系统联调中出现问题及解决、调试技巧集锦、整机性能评估等。 9、单板硬件测试文档 在单板调试完之后，申请内部验收之前，应先进行自测以确保每个功能都能实现，每项指标都能满足。自测完毕应出单板硬件测试文档，单板硬件测试文档包括以下内容：单板功能模块划分、各功能模块设计输入输出信号及性能参数、各功能模块测试点确定、各测试参考点实测原始记录及分析、板内高速信号线测试原始记录及分析、系统I/O口信号线测试原始记录及分析，整板性能测试结果分析。 10、硬件信息库为了共享技术资料，我们希望建立一个共享资料库，每一块单板都希望将的最有价值最有特色的资料归入此库。硬件信息库包括以下内容：典型应用电路、特色电路、特色芯片技术介绍、特色芯片的使用说明、驱动程序的流程图、源程序、相关硬件电路说明、PCB布板注意事项、单板调试中出现的典型及解决、软硬件设计及调试技巧。第三节 与硬件开发相关的流程文件介绍与硬件开发相关的流程主要有下列几个：项目立项流程项目实施管理流程软件开发流程系统测试工作流程中试接口流程内部接收流程§3.3.1 项目立项流程：是为了加强立项管理及立项的科学性而制定的。其中包括立项的论证、审核分析，以期做到合理进行开发，合理进行资源分配，并对该立项前的预研过程进行规范和管理。立项时，对硬件的开发方案的审查是重要内容。§3.3.2 项目实施管理流程：主要定义和说明项目在立项后进行项目系统分析和总体设计以及软硬件开发和内部验收等的过程和接口，并指出了开发过程中需形成的各种文档。该流程包含着硬件开关、软件开发、结构和电源开发、物料申购并各分流程。§3.3.3 软件开发流程：与硬件开发流程相对应的是软件开发流程，软件开发流程是对大型系统软件开发规范化管理文件，流程目的在对软件开发实施有效的计划和管理，从而进一步提高软件开发的工程化、系统化水平，提高XXXX公司软件产品质量和文档管理水平，以保证软件开发的规范性和继承性。软件开发与硬件结构密切联系在一起的。一个系统软件和硬件是相互关联着的。§3.3.4 系统测试工作流程：该流程规定了在开发过程中系统测试过程，描述了系统测试所要执行的功能，输入、输出的文件以及有关的检查评审点。它规范了系统测试工作的行为，以提高系统测试的可控性，从而为系统质量保证提供一个重要手段。项目立项完成，成立项目组的同时要成立对应的测试项目组。在整个开发过程中，测试可分为三个阶段，单元测试、集成测试、系统测试。测试的主要对象为软件系统。§3.3.5 中试接口流程中试涉及到中央研究部与中试部开发全过程。中研部在项目立项审核或项目立项后以书面文件通知中试部，中试部以此来确定是否参与该项目的测试及中试准备的相关人选，并在方案评审阶段参与进来对产品的工艺、结构、兼容性及可生产性等问题进行评审，在产品开发的后期，项目组将中试的相关资料备齐，提交新产品准备中试联络单，由业务部、总体办、中研计划处审核后，提交中试部进行中试准备，在项目内部验收后转中试，在中试过程中出现的中试问题，由中试部书面通知反馈给项目组，进行设计调整直至中试通过。由上可见中试将在产品设计到验收后整个过程都将参与，在硬件开发上，也有许多方面要提早与中试进行联系。甚至中试部直接参与有关的硬件开发和测试工程。§3.3.6 内部验收流程制定的目的是加强内部验收的规范化管理，加强设计验证的控制，确保产品开发尽快进入中试和生产并顺利推向市场。项目完成开发工作和文档及相关技术资料后，首先准备测试环境，进行自测，并向总体办递交系统测试报告及项目验收申请表，总体办审核同意项目验收申请后，要求项目组确定测试项目，并编写测试项目手册。测试项目手册要通过总体办组织的评审，然后才组成专家进行验收。由上可见，硬件开发过程中，必须提前准备好文档及各种技术资料，同时在产品设计时就必须考虑到测试。第三章 硬件EMC设计规范 引言：本规范只简绍EMC的主要原则与结论，为硬件工程师们在开发设计中抛砖引玉。电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。EMC就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。广义的电磁兼容控制技术包括抑制干扰源的发射和提高干扰接收器的敏感度，但已延伸到其他学科领域。本规范重点在单板的EMC设计上，附带一些必须的EMC知识及法则。在印制电路板设计阶段对电磁兼容考虑将减少电路在样机中发生电磁干扰。问题的种类包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射和通过由互连布线和印制线形成的回路拾取噪声等。在高速逻辑电路里，这类问题特别脆弱，原因很多：1、电源与地线的阻抗随频率增加而增加，公共阻抗耦合的发生比较频繁；2、信号频率较高，通过寄生电容耦合到步线较有效，串扰发生更容易；3、信号回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长相比拟，辐射更加显著。4、引起信号线路反射的阻抗不匹配问题。第一节 CAD辅助设计一、总体概念及考虑1、五一五规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板。2、不同电源平面不能重叠。3、公共阻抗耦合问题。模型：ZS1ZL1ZS2ZL2I1I2ZGI1I2VN1,2VS1VS2VN1I2ZG为电源I2流经地平面阻抗ZG而在1号电路感应的噪声电压。由于地平面电流可能由多个源产生，感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电的抗扰度。解决办法：模拟与数字电路应有各自的回路，最后单点接地；电源线与回线越宽越好；缩短印制线长度；电源分配系统去耦。4、减小环路面积及两环路的交链面积。5、一个重要思想是：PCB上的EMC主要取决于直流电源线的ZCLLC电源线分布电感与电容C，好的滤波，L0，减小发射及敏感。WDZ0L/C377(d/w) (r/r)，如果 < 0.1极好。二、布局 下面是电路板布局准则：低频中频逻辑接口电路模拟接口电路连接器连接器高频逻辑电路模拟电路低频数字I/O中继/低速逻辑电路时钟低频模拟I/O带状电缆连接器摸数转换器数模转换器存储器1、 晶振尽可能靠近处理器2、 模拟电路与数字电路占不同的区域3、 高频放在PCB板的边缘，并逐层排列4、 用地填充空着的区域三、布线1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一面。2、为模拟电路提供一条零伏回线，信号线与回程线小与5：1。3、针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。4、手工时钟布线，远离I/O电路，可考虑加专用信号回程线。5、关键线路如复位线等接近地回线。6、为使串扰减至最小，采用双面字型布线。7、高速线避免走直角。8、强弱信号线分开。四、屏蔽1屏蔽 > 模型：入射反射发射屏蔽材料吸收区域屏蔽效能SE(dB)反射损耗R(dB)吸收损耗A(dB)高频射频屏蔽的关键是反射，吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。2、工作频率低于1MHz时，噪声一般由电场或磁场引起，(磁场引起时干扰，一般在几百赫兹以内)，1MHz以上，考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC模块等。更大的涉及单板间、子架、机架的屏蔽。3、静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须闭合。磁屏蔽要求高磁导率的材料做封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，三者可以统一，即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。4、对低频，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高磁导率的材料(如镀锌铁)。5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。6、磁耦合感应的噪声电压UNjwB.A.cosojwM.I1，(A为电路2闭合环路时面积；B为磁通密度；M为互感；I1为干扰电路的电流。降低噪声电压，有两个途径，对接收电路而言，B、A和COS0必须减小；对干扰源而言，M和I1必须减小。双绞线是个很好例子。它大大减小电路的环路面积，并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。7、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸 < min/20。好的电缆屏蔽层覆视率应为70以上。五、接地1、300KHz以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围50KHz10MHz。另一种分法是：< 0.05单点接地；< 0.05多点接地。2、好的接地方式：树形接地信号地电源地多点接地。多级电路的接地选择告近低电平端并按信号由小到大逐步移动的原则。单点接地3、信号电路屏蔽罩的接地。213 接地点选在放大器等输出端的地线上。4、对电缆屏蔽层，L < 0.15时，一般均在输出端单点接地。L<0.15时，则采用多点接地，一般屏蔽层按0.05或0.1间隔接地。混合接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。5、对于射频电路接地，要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相当/4天线，向外辐射干扰信号。6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。六、滤波1、选择EMI信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通滤波器、连接器滤波器。从电路形式分，有单电容型、单电感型、L型、型。型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。一个典型信号的频谱：T0.1At0.5A0.9AA傅里叶变换20dB/decade40dB/decade 1f2= tr 1f1= 2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰，既防止EMI进入电网，危害其它电路，又保护设备自身。它不衰减工频功率。DM(差摸)干扰在频率 < 1MHz时占主导地位。CM在 > 1MHz时，占主导地位。3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及寄生振荡的抑制。4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC转换器的输出进行滤波(uF)。去耦环路芯片ZpZL较大电源分配环路CminIt/Vmax Vmax一般取2的干扰电平。注意减小电容引线电感，提高谐振频率，高频应用时甚至可以采取四芯电容。电容的选取是非常讲究的问题，也是单板EMC控制的手段。七、其它单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的EMC控制，从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗干扰等。一个机器的孕育及诞生实际上是EMC工程。最主要需要工程师们设计中注入EMC意识。第二节 可编程器件的使用§3.2.1 FPGA产品性能和技术参数一、FPGA概念： 用户现场可编程门阵列FPGA器件（Field Programmable Gate Array）是八十年代中期出现的新概念，是一种可由用户自行定义配置的高容量密度的专用集成电路（ASIC）。FPGA概念由美国Xilinx公司首创，成为九十年代集成电路产业销售额增长速率最快的产品。 与EPLD器件（Erasable Programmable Logic Devices)相比，FPGA主要具有下述特点：1）EPLD器件为逻辑块级可编程，而FPGA为逻辑门级可编程。 EPLD器件由不同个数的宏单元（Macrocell）组合而成，宏单元作为一个整体，其内部连线相对固定，因此其编程灵活性及逻辑容量均受到限制。FPGA为门级可编程，其编程灵活性与内部逻辑容量远大于EPLD。2）FPGA器件集成度高，阵列引脚数多，功耗低。3）FPGA器件具有用户现场可编程的优越特性。 由于FPGA的现场可编程特性，其在线的电路调试与修改不须将FPGA从电路板中取出，因此能以多种封装形式（如PQFP、TQFP、BGA等）减小体积，增加引脚数量。而EPLD须用专门的编程器擦写，因而通常为PLCC封装，体积大，引脚相对较少。4）EPLD器件为EPROM-base而FPGA为SRAM-base。5）与EPLD器件相比较，FPGA的时延较难控制。二、FPGA的基本结构与基本工作原理：1、FPGA的组成与结构： CLB:Configurable Logic Block IOB:Input/Output Block PIC:Programmable Interconnect SRAM阵列 内部晶体振荡器2、FPGA的结构特点：1）FPGA内部为逻辑单元阵列（LCA：Logic Cell Array）结构： 在FPGA中，CLB作为逻辑组件的基本单元，通过一定的内部连线连接在一起以综合阵列中的逻辑功能，形成LCA结构。CLB为门级结构，但LCA对用户而言表现为逻辑块的特性，使得LCA具有一个极强的逻辑解来实现优化的高密度门阵列。2）FPGA内部逻辑功能的配置是基于内部阵列分布的SRAM原理： FPGA器件的编程实现，实际上是由加载于其内部阵列分部的SRAM上的配置数据决定和控制各个CLB、IOB的逻辑功能及PIC之间的互连关系。因此，允许LCA靠简单的加载新的数据进行配置SRAM单元，从而实现芯片新的逻辑配置。通过加载不同的配置数据，芯片逻辑功能可不断更新，反复使用。3、FPGA的基本工作原理：1）FPGA的工作模式： FPGA的工作模式有主动模式、周边模式和从动模式三种。不同的工作模式可通过模式选择控制位来控制。A、主动模式： 在主动模式下，LCA自动地从外部PROM或EPROM加载配置的程序数据。主动模式又可分类如下： 主动并行低地址模式 主动并行模式 主动并行高地址模式 主动串行模式 并行模式中，在相应的时钟控制下，配