分析物联网开发板的方案设计

大家好，今天我们继续讨论物联网开发板的原理图设计。

在最后一篇文章中，我们重点介绍了电源的工作过程，并从整体上确定了“反激式”巴克LDO的三种电源协调模式。反激部分其实就是我们买的适配器，我们已经决定通过外包来进行这个部分。LDO基于AMS1117，其主要任务是将电压从5V降至3.3V.降压的任务是把电压从12V降到5V。

你可能在别的地方见过，用LDO把电压从12V降到5V或者3.3V，用这个方案有一个前提，就是负载不要太重，也就是负载电流不要太大。如果负载电流过大，LDO DCDC芯片将严重发热。由于LDO的工作原理，它还利用半导体器件的非线性阻抗(Rce)(如下图中的T4)来降压。电压差和电流越大，LDO消耗的功率越高。因此，LDO不适合大电流和高电压差。

那么就必须采用内阻更低的能量传递方式，大家对开关电源都很熟悉。降压是降压开关电源的常见拓扑结构。其原理是用储能器件(电容和电感)代替耗能器件(电阻)进行能量传递，因此其能效比非常高。此外，通过开关的通断来调节能量传递的过程，实现了负载的动态调节和宽电压输入。例如，如果负载较重，则接通时间较长，断开时间较短；如果负载毕竟很轻，开关打开的时间会更短，关闭的时间会更长。

我们的开发板的降压电路采用DCDC芯片，可以使板更小更实用。想要彻底了解降压电路的工作原理，还是要想办法自己搭建分立器件的功率转换电路，这样才能有更深的理解。如下图所示，我们的降压电路使用的芯片是SY8120，开关控制的思想封装在器件内部。

如果不能一下子了解这个芯片的工作原理，可以以后找时间慢慢研究。这里需要强调的是，开发板的布局对于开关电源非常重要。因为开关信号是阶跃信号，所以可以通过扩展成一系列高频傅立叶级数，即扩展成各种频率的信号来叠加。但是，我们需要的是基波信号，其他高频的东西对我们来说都是干扰。所以我们在布局的时候，要尽量减少这些高频信号的外部影响，尤其是Id部分，所以Id环路要尽可能小，一是减少环形天线对外部辐射的影响，二是减少寄生电感对环路的影响。另外，Buck电源输出的5V地必须单点接地，因为这个地比较脏，所以我们要通过单点接地来减少它对其他器件的影响。此外，在布局上，我们尽量让ESP-12F的天线部分远离降压电路，以进一步降低降压Id主电路的影响。下图是SY8120数据表中给出的布局参考。你可以观察到IN - LX - L - Cout - GND这条线实际上尽可能短。虽然FB引脚也是高频回路，但它的电流没那么重要，所以放在相对次要的位置。各位请注意。这只是相对的。

我们前面提到的最小系统中的复位电路。那么，ESP8266的复位过程是怎样的呢？让我们看看数据表的相关说明：

这里，在外面加一个RC电路只是一个好主意。同时对布线提出了一定的要求，但没有明确如何对MCU进行复位。其实我们只需要按要求去做。然而，我们仍然需要找到尽可能加深对复位电路理解的方法。我们可以对比了解STM32F030系列单片机的复位电路。

我们来看看下面两张图，分别说明了MCU上电时的复位过程。

p>

大家看一下，Reset信号的波形，上电的时候，Reset保持为低时间可以分为两段。第一段时间，是VCC电位上电到POR电位的时间，第二段时间是Reset temporization的时间。第一段时间相对好理解，只有电压稳定了，单片机才能工作么。第二段时间Reset temporization这段时间大部分的时间应该是晶振起振的时间，还有其他器件reset复位的时间。我们做过一个Reset的测试，从上电开始到一个管脚输出高电平（程序第一行就是这个）的时间，在STM32 F030中，这个时间是2ms左右。具体ESP8266这个片子的上电复位是不是这么一个过程，我想大概是吧。目前还没有找到更多的材料支撑。

大家可以看一下，产品文档这里并没有对按键复位的时间进行说明，只是说电压要下降到一定的程度才行，比如电压要降低到0.8V。那么这种情况下，我们电路设计的那个RC，其实只是起到了一个滤波作用，对不对，防止外界的干扰导致单片机复位。大家看看，这个作用和ESP8266对外界阻容电路的描述是不是一样的。所以我推测ESP8266的复位过程和STM32F030差不多（这里不打包票），大家如果能有更详细的资料，可以再深入研究下。

具体到外界阻容电路中R和C的取值，我们一般是取值R=10K，C=104。从上面的分析了来看，这里去其他值应该也没有什么问题，大家可以根据自己的实际情况（比如BOM表器件种类不要太多）进行选取。

下面我们来看一下晶振是如何起振的。因为模组已经把晶振封装到内部去了，我们不用去操心晶振部分电路的设计。但是其实晶振电路的设计非常关键，晶振毕竟是单片机的心跳呀。没有心跳信号，单片机如何工作。另外一个，我们的USB转串口电路中也用到了晶振电路部分的设计，所以这里我还是打算花一些时间把晶振的工作原理和一些设计的要点给大家讲清楚。

铁盖子下面其实是集成了不少东西的，其中就包括了一个26Mhz的晶振。只不过因为已经封装过了，我们看不到而已，就像我们前面提到的一样，看不到不代表不存在，是吧，呵呵。受限于篇幅的原因，这篇文章就先到这里。下篇文章，我们重点分析晶振的起振过程还有继电器、温度传感器等外设电路的设计。