HPM5361EVK硬件原理图学习笔记

mars4zhu

HPM5361EVK硬件原理图学习笔记 [复制链接]

 

1. HPM5361EVK硬件原理图学习笔记

1. 使用KiCAD设计软件开发，并且在网盘公开了设计的sch和pcb源文件，以及元器件库，对于我们基于HPM系列MCU进行新项目的硬件设计大大方便；

2. 分层次设计，System Block Diagram给出了电路板的整体框架，并在MAINENTRY图纸中,按照功能划分，将不同独立功能部分的电路放在单独的原理图纸上，并将它们之间的信号连接表示。

1.1. Power

1. 不同的接地(GND/DCDC_GND/GNDA)独立分离，使用0Ω电阻连接，

2. 但为什么GNDA和GND在R9和R6两个点连接，而不是单点连接？

3. 不同的电源供电到不同的部分，都采用磁珠（600Ω@100MHz）滤波隔离，确保互补影响，并且在做硬件调试、电源测试、功耗测量的时候还能方便进行调整修改、电流表串联测量等。

4. 模拟部分的参考电压采用单独的AZ432电压基准芯片生成，更稳定低噪的参考电压。

5. +5V通过DCDC-Buck降压芯片SM8082生成3.3V、3.3V电源部分的输入和输出、使能、分压反馈电阻网络采用单独的接地点GNDD，通过0Ω电阻在+5V输入点和+3.3V输出点接到GND。

6. +5V通过低纹波噪声LDO芯片LP5907生成+3.3VA，并且输入和输出、使能，都采用单独的接地点GNDA，在+5V输入点通过0Ω电阻接到GND。

7. +5V通过DCDC-Boost升压芯片SY7208生成+12V。

1.2. USB-OSC

1. USB接头插座采用目前已成为主流的Type-C。

2. VBUS输入/输出端使用22uF电容稳压、滤波。

3. VBUS作为电源输入端向+5V供电时，采用AW33901过压保护芯片，确保过电压发生时能够立即切断电源，并通过二极管1N5819防止电流反向，保护后端电路（+5V）不被损坏。

4. USB的正负差分数据线采用ESD防护芯片PRTR5V0U2X进行防静电保护，并在其后接共模电感DLW21SN900，共同组成USB2.0的高速信号EMC防护。

5. 因为HPM微控制器的USB是双角色既可作Host也可以做Device，因此这里采用了一个非常巧妙的设计：

   

   1. 对于Type-C插座，USB-IF的标准规范要求在CC1/CC2上提供USB的Host-Device识别功能，要求Host提供一个上拉电阻（或者上拉电流源）标识供电能力，而要求Device提供5.1KΩ下拉电阻将CC1/CC2上的电压降低至CC识别有效电压，

   2. “CC信号有两根线，CC1和CC2，大部分USB线（不带芯片的线缆）里面只有一根CC线，DFP可根据两根CC线上的电压，判断是否已经插入设备。通过判断哪根CC线上有下拉电阻来判断方向，”——Type-C协议简介（CC检测原理） “https://www.cnblogs.com/zxc2man/p/14991620.html”

   3. CC1/CC2的下拉5.1K留空，使用双钳位二极管BAT54A将其通过100K电阻上拉到3.3V。

   4. 当EVK连接到外部USB-Device的时候，此时EVK应当充当USB-Host功能，并通过VBUS对外提供+5V电源电压。由于外部的USB-Device的CC1/CC2上有5.1K下拉电阻，则此时双并联钳位二极管将USB0_ID的信号拉低，因此HPM微控制器识别到该信号，并按照USB-Device功能运行。同时Q1的NMOS管的栅极也为低电平，Q1关断，从而USB0-PWR信号为高电平，即电子功率开关AP2151的EN为高电平，AP2125打开，+5V通过其向VBUS供电。

   5. 当EVK连接到外部USB-Host时，此时EVK应当充当USB-Device功能。由于外部的USB-Host的CC1、CC2上有上拉电阻或上拉电流源，此时CC1/CC2上是高电平，从而双钳位二极管关断，USB0_ID信号为高电平，HPM微控制器识别到该信号并按照USB-Host功能运行。同时Q1的NMOS管的栅极也为高电平，Q1打开，从而USB0-PWR信号为低电平，即电子功率开关AP2151的EN为低电平，AP2125关断，+5V到VBUS的供电通路断开，而由前述的VBUS到+5V的供电通路打开外部设备对EVK的供电。

   6. 电子功率开关AP2151具备过流保护的功能，并通过FLG引脚输出过流信号USB0_OC，MCU的一个IO引脚连接到该信号进行识别。

6. 时钟部分采用24M无源石英晶振，12pf对地电容，并提供一个1M欧姆的并联电阻，有助于晶振的启动和对外部噪声的抑制抵抗。

7. 两个按钮连接到RESETN和WAKEUP，都上拉电阻和对地滤波电容的方式。其中复位按钮和来自调试器的D_RESETN信号，通过双并联二极管BAT54A连接到MCU的RESETN。

1.3. JTAG-Flash

1. MCU的每个输入电源轨（VIO_B00、VIO_B01、VPMC、VPLL、）都采用0Ω电阻并联跳帽隔离，需要测量各个电源轨的电流功耗时，可以焊下0Ω电阻，并将万用表等仪器串联到跳帽跳针上。

2. JTAG调试信号直接接到JTAG调试插座上，同时通过跳帽，连接到板载JTAG调试器上。当需要外部调试器时，可以断开跳帽，将外部调试器接到JTAG调试座上。也可以将开发板充当一个调试器使用，断开跳帽，并将外部待调试设备连接到跳帽一侧。（或者将HPM芯片的JTAG相关IO设置为高阻态，从而不需要断开跳帽，外部待调试设备可以连接到JTAG插座上）。

3. ADC的专属SMA座后面接33Ω采样电阻，并且前后均有测试针，方便进行电压/电流测试。

4. 拨码开关进行BOOT0和BOOT1的设置。

1.4. MOTOR(TODO)

1. TODO

1.5. Debugger/FT2232HL

1. 采用FT2232H或者一个QFN48封装的HPM5300来模拟USB转JTAG/UART，共用调试器信号线，实现二选一的设计，

2. FT2232HL的4个数据通道，分别形成JTAG/GPIO(TRST, RESETN)/UART/GPIO(nTXLED, nRXLED)的功能。

3. 在HPM5300开发板上使用HPM5300作为调试器，直接说明了HPM5300作为实际应用的价值。如果这个HPM5300替换FT2232HL的USB转JTAG/UART/GPIO的固件能开源就更好了。

   

   1. 其中HPM5300使用两个SPI来模拟JTAG信号，其中 SPI2_CS(PB11_SCLK)+SPI2_MOSI(PB13_MOSI) 组成了TCK+TMS的信号生成。SPI1_SCLK(PA27_CLK)+SPI1_MOSI(PA28_MISO)+SPI1_MISO(PA29_MOSI) 三个信号组成了TCK+TDI+TDO的信号生成。而SPI2_CS(PB11_SCLK)和SPI1_SCLK(PA27_CLK)通过0Ω电阻连接在一起组成同一个信号，在需要进行TMS切换JTAG的TAP控制器状态的时候，则使用SPI2来进行TCK+TMS的信号输出。需要进行TDI和TDO数据输入输出的时候，则使用SPI2来进行TCK+TDI+TDO的信号输入输出。

   2. 使用UART3（PB14_UART3、PB15_UART3）作为调试器的UART信号。

   3. 使用GPIO来生成诸如D_RESETN、D_TRST、BOOT0、BOOT1等单独的IO信号。

4. USB Type-C插座实现调试器以及整板的电源供电。由于调试器固定是USB-Device功能，因此CC1/CC2上直接连接5.1kΩ下拉电阻。同样在USB的正负差分信号线上采用前述相同的ESD防静电防护芯片和共模电感，电源VBUS只需要单向供电给+5V，因此只需要过压保护和防反向二极管。

1.6. Raspberry-PI

1. 采用树莓派的标准HAT扩展接口2x20排针，在硬件层面上兼容广泛的树莓派扩展板生态。

2. I2C0和I2C1的信号线具备10K上拉电阻上拉至+3.3V。

补充内容 (2023-12-6 08:20): 注：根据TypeC PD规范，应当按照TypC的CC1/CC2上，考虑Rp为36kΩ(0.5~0.9A)/12kΩ(1.5A)/4.7kΩ(3.0A)，确保CC1和CC2上的电压符合TypeC规范，或者由于CC1、CC2在下游UFP端两个5.1kΩ的Rd电阻，在此处BAT54A的公共... 补充内容 (2023-12-6 08:20): 在此处BAT54A的公共端并联，因此有可能需要将Rp设置为前述对应阻值的1/2。）

lugl4313820

楼主，很用心的对开发板的电路进行分析，发表自己的想法，挺用心的呀!

H12315

这芯片哪里采购的？官方我看还没开始卖呀

mars4zhu

H12315 发表于 2023-11-4 15:25 这芯片哪里采购的？官方我看还没开始卖呀

我手里也没实物，只是看着原理图纸，用来学习别人的设计，分析然后记录一下。。。。。。。。

mars4zhu

注：根据TypeC PD规范，应当按照TypC的CC1/CC2上，考虑Rp为36kΩ(0.5~0.9A)/12kΩ(1.5A)/4.7kΩ(3.0A)，确保CC1和CC2上的电压符合TypeC规范，或者由于CC1、CC2在下游UFP端两个5.1kΩ的Rd电阻，在此处BAT54A的公共端并联，因此有可能需要将Rp设置为前述对应阻值的1/2。）