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基于PowerPC的多网口系统抗干扰设计

作者:时间:2012-05-15来源:网络收藏

的嵌入式在网络通信应用方面具有不可替代的优势, 论文Freescale 公司的MPC8360E PowerQUICCII Pro 处理器多网口嵌入式终端,实现启动、网络数据交换和存储等功能。系统由MPC8360E 基本系统、电源模块、存储模块和网络接口模块及UART 接口、编程接口等模块组成。论文针对 控制器及网络接口芯片的要求,讨论了电源电路的、重要信号线的阻抗匹配、未使用信号的合理处理及PCB 的处理等关键问题。经测试该系统能够可靠地工作,完成网络通信功能。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/154963.htm

1 引言

处理器性能好,稳定性强,集成度高。最新的PowerPC处理器集成了具有通信处理功能的通信引擎(QUICC Engine)技术,在网络通信领域得到了广泛应用。

为满足多个网络产品数据汇接的特殊需要, 本文一套多网口嵌入式终端系统, 具有多个网络端口间数据交换和存储的功能。

系统Freescale 的PowerPC 处理器MPC8360E 设计,包括MPC8360E 基本系统、电源模块、存储模块和网络接口模块及UART 接口、编程接口。

MPC8360E 处理器首次采用QUICC Engine 技术,具有8 个通用的通信处理器(Unified Communication Controller,UCC),支持广泛的通信接口,为网络、通信的开发提供了一个高性价比、高集成控制的处理器解决方案。

论文讨论了基于MPC8360E 的多网口嵌入式终端系统设计方案及系统框图,重点讨论了系统设计中的抗干扰措施,给出了电源抗干扰电路、PowerPC 及网络芯片特殊信号处理等关键的抗干扰电路设计, 并介绍了分层与布局、BGA 走线、等长走线、蛇形走线、差分走线等抗干扰印制电路板(PCB)设计方法。

2 基于MPC8360E 的多网口嵌入式终端系统框图

基于MPC8360E 的多网口嵌入式系统具有五个百兆网络接口,能够实现系统启动、网络设备管理及多网络端口的数据传输控制。如图1 所示,主要包括MPC8360E 基本系统、电源模块、存储模块和网络接口模块及UART 接口、编程接口几部分。在MPC8360E 的主控下,几部分协调工作,实现网络数据的交换和存储等功能。

1.jpg

MPC8360E 基本系统提供MPC8360E 正常复位及启动需要的基本信号。MPC8360E 基于增强的e300c1 内核,提供了丰富的系统接口, 如支持general -purpose chip -select machine(GPCM),synchronous DRAM (SDRAM) machine,user -programmablemachines (UPM) 三种接口的Local Bus Controller(LBC)。此外它还使用了QUICC Engine 技术,配备了两个速率可以高达500MHz 的RISC 核心,提供了集成的多协议处理和互通技术,使得MPC8360E 的通信处理功能更加强大。

电源模块负责给整个系统供电, 提供PowerPC 芯片及外围电路需要的3.3V 和1.2V 两种电压。

存储模块用来存储系统启动代码、Linux 内核镜像和网络通信中的数据等, 其包括两片64M SDRAM, 一片16M NORFLASH 和一片512M NAND FLASH.其中,SDRAM 提供程序的运行空间;NOR FLASH 用来存储U-Boot、Linux 内核、文件系统等;NAND FLASH 主要用来存储网络通信中的数据。

系统中通过芯片DP83848IVV,DP83849IVS 与MPC8360E的UCC、网络隔离器的连接提供了五个RJ45 接口,以满足嵌入式终端系统多个网口的需求。DP83848IVV 和DP83849IVS 分别是单端口和双端口以太网物理层收发器,支持100Mbps 全双工工作方式,适用于高速网络互联设备。

JTAG 和UART 接口系统用于调试系统,打印系统调试信息或者其他有用信息。

3 抗干扰电路设计

高频嵌入式系统电路的抗干扰处理措施是影响系统能否正常工作的关键, 电源电路的抗干扰处理、重要信号的阻抗匹配、未使用信号的合理处理,都是确保系统正常工作的关键。本系统设计中,着重研究了电源电路的抗干扰处理、重要信号的阻抗匹配、未使用信号管脚的处理等抗干扰电路设计的关键问题。

3.1 电源电路抗干扰处理

提高电源的抗干扰性是保证系统可靠性的关键问题之一。

系统除了要对输入电源进行稳压外还要采取以下措施: ⑴在每个集成电路的电源与地之间加上高频滤波电容和几十微法到几百微法的大电容器。这些电容既可以旁路掉该电路的高频噪声,又可以滤除纹波,避免电流突变引起电压的波动,从而给电路提供稳定的最佳电压。⑵根据芯片的要求对不同的电源进行特殊相应的处理。

系统所需要的3.3V 和1.2V 电源上都并接了0.1μF、0.01μF 的高频滤波电容器和220μF 的大电容,它们可以有效地抑制在电源线上传导的高频干扰, 克服干扰信号对系统工作的影响,还可以储存能量,给元器件提供稳定的最佳电压。随着应用场合和芯片的不同,电源电路的要求也会有所区别,实际应用中要注意根据具体要求采取相应的设计方案。如MPC8360E 中各个PowerQuicc II Pro PLL 电路不能直接由电源引脚VDD 供电,而是要独立供电。每个PowerQuicc II Pro PLL 都要由它所对应的独立于VDD 的电源引脚AVDDn(n=1,2,3,4,5,6)供电,并且每个AVDDn(n=1,2,3,4,5,6)引脚还要有独立的低通滤波电路。通过这些滤波电路滤除频率在500kHz-10MHz 的噪声, 降低PLL彼此间的噪声干扰。

3.2 重要信号线的阻抗匹配

高速系统设计中信号传输线上阻抗匹配是有效地减小信号反射,提高信号质量的重要措施。一般情况下,对芯片的控制信号、时钟信号等关键信号,采取在尽量靠近这些信号源端的位置上串行接入一个电阻的措施,以减少二次反射,增强信号的完整性。

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图2 串联端接阻抗匹配电路

本系统中,MPC8360E 的时钟信号线对系统工作具有重要影响,以图2 为例,在传输线上靠近时钟信号源端MPC8360E 位置处串联了22Ω 的小电阻,实现了串联端接阻抗匹配,减小了过冲和振铃,降低了高频成分,增强了电磁兼容性,同时也有利于延长器件的使用寿命。此外,电路中对MPC8360E 的读写控制信号线及某些芯片的地址线等信号线也采取了阻抗匹配处理。


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