X86主板原理图设计经验及总结

根据笔者设计的一些经验，把整个系统原理图的详细设计分成了一下几大模块。

电源部分设计：通过LDO和DC-DC 开关电源控制芯片实现。如何能够比较高效而且准确的设计出整个系统的电源呢？ 根据我自己的经验，掌握几个思路，就可以设计出满足系统需求的电源。

1、    系统使用哪种电源：DC-12VIN, ATX ,还是电池？

         DC-12V IN：主板设计的电源就更多路，除了芯片电源外，I/O供电也要另外转换，如+3.3VSB,+5V,+3.3V等

         ATX：由于本身有提供12V,+5VSB,+5V,+3.3V,一般只需要设计芯片需要的电压即可

         电池输入：可看做输入电压在一定范围内变化的直流电源。对芯片特别是电源转换芯片的输入范围提出了更高的要求，而且对电源转换芯片的效率也提出了更高要求。

2、    根据芯片厂商提供的datesheet掌握每个芯片所需的各路电压，对纹波电压的要求，同时了解 每路电压所需的电流。通过这两个信息，我们可以确定我们要选择LDO 还是DC-DC.

LDO的特点：

优点：电路简单，本身体积小，外围器件少，布局简单，产生的电压纹波比较小，

缺点：瞬态响应差，提供的电流小，转换效率低。如系统的常开电压。

适用范围：需要小电流，且对电流瞬态响应要求不高的非关键电路中。

DC-DC的特点：

优点：瞬态响应好，能提供大电流，转换效率高

缺点：电路复杂，外围器件比较多，容易产生振铃，需要配置低ESR的聚合物电容来抑制纹波。

适用范围：输入电压与输出电压差距较大的，需要大电流，而且电流瞬间可能发生突变的电路。如VCORE,VDIMM等等。

3、    掌握每路电压的在什么状态下工作， 即芯片在系统的什么时刻下需要进行怎样的工作。

这个就决定我们在哪个时刻就要为芯片进行供电了。

例子1.：要求系统能够实现网络唤醒，则此时网卡芯片必须使用3.3VSB常开电压供电。假设网卡芯片采用工作电压供电，则系统关机之后，工作电压也全部都断掉了，则此时网卡就无法工作。

对供电电压的理解：供电电压是芯片的能量之源，芯片有电压，则芯片本身就具备独立工作的能力，如果两个芯片要通讯，则两个芯片的通讯模块这部分必须要有电压供电。

4、各路电压之间的时序要求？

我们应该根据参考设计给出的时序要求，对应设计每个电源。

各芯片所需的时钟CLK设计： 通过无源晶振+时钟芯片+有源晶振来实现

    分为总线时钟和芯片工作时钟

一般而言对于几个大的CPU厂家推出的芯片组比如intel, amd ,via等等，都有专门的时钟芯片生产厂家配合跟进设计和这个芯片组对应的时钟芯片。

   因此主芯片所需要的各种总线时钟基本上由时钟芯片就可以提供，除了RTC3.2768K而外围功能芯片的工作时钟则可通过无源晶振或者有源晶振来提供。

系统开机时序信号设计：

 
        X86系统，一般而言，由我们设计的时序电路主要包括：RESET信号，各路电压的时序控制，POWER_OK信号等等。即RESET信号，各路电压以及POWER_OK之间的配合需要按照芯片提供的DATASHEET来设计。

   RESET信号：

   功能接口芯片一般而言就一个RESET信号，但像南桥这样比较复杂的IO芯片，由于芯片内部集成多个功能模块，而不同模块的电源状态也不一样，有些采用常开电源供电，有些采用工作电源供电，因此可能就有好几个复位信号。

根据我个人理解复位信号设计遵循两个原则：

   1．单颗芯片的复位信号，复位信号必须在VCC稳定之后，在进行复位。要复位多久才有效，需要参考芯片的PDF

   2.  多颗芯片一起工作时：在这些芯片VCC都稳定之后，统一提供一个复位信号。

各芯片之间的连接：

 
针对X86架构的芯片组，以及外围各种功能接口芯片来说，他们都是通过各种总线桥接在一起的。因此这个就要求对各种总线的工作原理要熟悉：包括总线的工作电压，总线工作频率，以及总线的有哪些信号和控制线组成。熟悉了这些各芯片之间级联的时候就很比较容易和高效了。

各种功能的实现：

 
一个芯片的功能实现不是单一的，必须建立在系统为它们提供了正确的电压，时钟，以及与主芯片之间正确的总线连接基础之上。这里提到的功能实现主要是指如何能够根据芯片特点来实现功能。要能够比骄好的实现芯片的功能，我总结了一下几点经验

  1． 了解芯片能够实现的功能，以及我们所要使用的功能 （在芯片选型阶段就确定了）

  2． 通过阅读芯片的PDF,了解芯片的需要的电压和时钟

  3． 对芯片的配置脚需要特别的注意

  4． 对芯片工作的通讯总线原理要清楚

  5.  对芯片不使用的悬空脚需要特别注意。特别是那些input脚，有时候如果悬空很容易造成芯片的输入脚电平处在一个悬浮的状态，而引起芯片的误判断。

  6.  对pdf中未能理解的部分电路，需要与厂家fae详细沟通。并在最终设计好之后，把该部分的原理图提交给FAE，帮忙做最后的CHECK.

平时经验的总结：

每种产品，由于消费的群体不一样，都有自己的使用特点和应用环境，因此还需根据实际的产品针对细节部分进行具体的设计。平时设计过程中的点点滴滴都需要总结和积累。