CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BOARD NHÚNG HỆ ĐIỀU HÀNH LINUX
2.4. Thiết kế mạch in cho board
2.4.2. Phân bố và sắp xếp linh kiện (Placement and Fanout)
Phân bố và sắp xếp linh kiện bắt buộc phải được thực hiện đầu tiên trong quá trình
board sao cho hợp lý và sắp xếp theo từng nhóm có một chức năng cụ thể. Ở đây, linh kiện có thể sắp xếp trên “TOP” hay dưới “BOTTOM” sao cho các tín hiệu được kết nối tốt, dễ dàng và tiết kiệm diện tích.
Các linh kiện được phân thành các nhóm có chức năng nhất định như: Audio, HDMI, DRAM, CPU, USB, Level Shifter, nguồn (chia nhỏ thành các nguồn CPU, các nguồn ngoại vi …), Wifi, eMMC, Nand Flash, module 3G … Linh kiện của các nhóm chức năng khác nhau phải được đặt riêng và cố gắng sắp xếp trong khuôn viên hình vuông hoặc hình chữ nhật, để các khối được đặt gần nhau hơn trong board giúp tiết kiệm diện tích board.
Hình 2-25 Mạch giao tiếp USB OTG
Hình 2-26 Mạch điều khiển USB OTG
Hình 2-25 và Hình 2-26 thể hiện mạch nguyên lý giao tiếp USB OTG. Giao tiếp USB OTG là giao tiếp giữa các thiết bị với nhau thông qua chuẩn USB mà không cần các tác vụ như một máy tính các nhân. Các thiết bị kết nối với nhau không phải đồng cấp mà trong hệ thống sẽ có một thiết bị đóng vai trò là chủ “host” còn các thiết bị còn lại đóng vai trò là ngoại vi “peripheral”. Giao tiếp này giúp cấu hình i.MX6 và tốc độ làm việc thích hợp cho giao tiếp giữa i.MX6 và DDR3 DRAM trong lần đầu tiên sử dụng.
Hình 2-27 Sắp xếp linh kiện USB OTG
Trong Hình 2-27, các linh kiện trong nhóm giao tiếp USB OTG đều được đặt gần connector micro USB J601 và trong khuôn viên hình chữ nhật. Linh kiện được đặt linh hoạt trên lớp TOP hoặc BOTTOM sao cho việc kết nối tín hiệu nội bộ giữa chúng đơn giản nhất. Còn lại, những tín hiệu kết nối tới các khối khác thì có thể thông qua via hoặc không, nhưng thường các via được chừa sẵn và có thể bỏ đi trong bước kết nối tín hiệu – “Routing” trong trường hợp không cần thiết. Trong bước phân bố và sắp xếp linh kiện, việc sắp xếp các tụ lọc là quan trọng nhất vì nó liên quan trực tiếp tới việc mạch có hoạt động đúng hay không và có ổn định hay không?
Trong Hình 2-26, tụ điện C96 làm nhiệm vụ lọc nguồn và làm triệt tiêu các tín hiệu nhiễu ở tần số cao của IC TPS2062DR – U18 có chức năng đóng ngắt nguồn cho USB OTG được điều khiển thông qua tín hiệu cho phép “USB_OTG_ID”. Trong board iHearTech, tụ điện có chức năng tương tự như tụ điện C96 này rất nhiều với đủ loại kích thước 0201, 0402, 0603, 0805… Các tụ điện có chức năng như thế phải được đặt gần chân cấp nguồn của các IC nhất có thể. Trong Hình 2-27, tụ điện C96 được đặt ở ngay sát U18 nhất có thể với bốn via kết nối tới nguồn. Còn trong Hình 2-28, vì CPU i.MX6 trên lớp “TOP” có kiểu chân BGA và các tụ này cần phải được đặt gần nhất có thể, nên chúng được sắp xếp ngay bên dưới i.MX6 – lớp “BOTTOM”
và được kết nối bằng một hoặc nhiều via.
Hình 2-28 Tụ lọc của CPU i.MX6
Các loại tụ điện dạng này có 3 loại fan-out cho chân nguồn của IC. Cách thứ nhất, mỗi chân nguồn và GND của IC sẽ được kết nối tới “Plane” bằng một via, cách này sẽ không có đường kết nối trực tiếp nào từ chân của IC tới tụ điện lọc của nó. Cách thứ hai, kết nối được sắp xếp theo thứ tự từ chân IC tới tụ lọc rồi mới tới fan-out via.
Cách thứ ba thì có cách kết nối giống cách thứ hai nhưng khác thứ tự kết nối: chân IC tới fan-out via rồi mới tới tụ lọc. Trong cách hai và ba, tính chất về kết nối về điện không có khác biệt gì nhưng sẽ có khác biệt ở tần số cao, thời gian chuyển trạng thái và phương pháp hàn linh kiện. Và không cách nào được đánh giá là tốt nhất. Nhưng thông thường, cách thứ hai được sử dụng cho mạch tương tự, còn mạch số được đề nghị sử dụng cách thứ ba [15].