蘇煥坤，王尋宇

（1.中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068；2.四川賽狄信息技術股份公司，四川 成都 611731）

0 引言

本文對信息處理板實現(xiàn)全套的設計更改與實現(xiàn)，并充分結合當前情況，更換即將停產的器件，主要包括在原SDE619AF 設計中，RS422 接口電平轉換芯片型號為MAX490，該芯片無接口保護功能，根據該芯片的失效分析報告，在遇到強干擾信號時，該芯片容易因閂鎖效應失效；在某些使用場景中，電源穩(wěn)定的時間可長達5s 甚至更長，F(xiàn)LASH 在電源穩(wěn)定前解除復位，可能會被不穩(wěn)定的電源影響而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此復位芯片的復位時間要設計為可硬件調整，以適應不同的使用場景等。通過優(yōu)化整體系統(tǒng)的設計，提高后續(xù)產品的可靠性和可生產性。

1 信息處理板設計更改概述

1.1 信息處理板設計更改簡介

SDE619AN 基于SDE619AF 信息處理板做改版，本次改版設計主要改正RS422 接口芯片容易燒毀及數據丟失的問題，除此之外，還結合當前情況，更換即將停產的器件，提高后續(xù)產品的可靠性和可生產性。

1.2 信息處理板設計更改項目

本文基于信息處理板的設計更改與實現(xiàn)，主要包括以下幾點：將RS422 接口芯片更換為MAX3077EASA+，并在該芯片電源端增加限流電阻；將DSP1 的數據FLASH（位號D9）復位方式修改為復位芯片復位；將IDT5V925（位號D26）更換為一個時鐘buffer，并將晶振更換為40 MHz；將DSP1、DSP2 的復位方式修改為復位芯片復位，型號為TPS3808G33，與FLASH 復位芯片一致；將DSP1 的程序FLASH（位號D3、D4）復位方式修改為復位芯片復位；將DSP2 的程序FLASH（位號D10、D11）復位方式修改為復位芯片復位；優(yōu)化內部走線，修改線寬/間距；注意兼容SDE619AF 量產版本中的CPLD 程序；GY1 的π 型濾波前后增加10 μF 電容，晶振GY2 加π 型濾波；在電源+1.26 V輸出端，增加小電容；D32/D16/D22/D21/D27 芯片端電源引腳上增加濾波電容；CPLD 時鐘通路上串聯(lián)電阻33 Ω。

2 信息處理板設計更改實現(xiàn)

2.1 接口芯片設計更改實現(xiàn)

在原SDE619AF 設計中，RS422 接口電平轉換芯片型號為MAX490，該芯片無接口保護功能，根據該芯片的失效分析報告，在遇到強干擾信號時，該芯片容易因閂鎖效應失效。因此需要將該芯片更換為帶接口保護功能的芯片。接口芯片選用MAX3077EASA+，該芯片與原芯片MAX490 功能一致；在該芯片端增加限流電阻，在一定程度上限制極端情況下的電流，進一步降低閂鎖效應發(fā)生概率。因此在SDE619AN改版中，將原RS422 接口芯片（位號D15、D33）更換為MAX3077EASA+，并在該芯片電源上串聯(lián)一個22 Ω 的限流電阻。改進前RS422 接口電路的設計原理圖如圖1、圖2所示，改進后RS422 接口電平轉換芯片的設計原理圖如圖3、圖4所示。

圖1 改進前RS422 接口電平轉換芯片（D15）設計原理圖

圖2 改進前RS422 接口電平轉換芯片（D33）設計原理圖

圖3 改進后RS422 接口電平轉換芯片的設計原理圖（D15）

圖1 到圖4 中，MAX3077EASA+的RO、DI 接口電平為+3.3 V，而串并轉換芯片ST16C550 的接口電平為+5 V，因此需要在MAX3077EASA+和ST16C550 之間增加一個電平轉換芯片TXB0104。

圖4 改進后RS422 接口電平轉換芯片的設計原理圖（D33）

2.2 復位方式設計更改實現(xiàn)

據反饋，原SDE619AF 板卡在下電的過程中，DSP 會有概率發(fā)出FLASH 擦除指令，為避免DSP 發(fā)出的指令在下電時對數據FALSH 進行操作，F(xiàn)LASH 需要增加復位芯片，在板卡下電時及時將FLASH 帶入復位狀態(tài)，使所有外部操作指令無效；在原SDE619AF 的設計中，數據FLASH 芯片的復位直接通過一個上拉電阻連接到+3.3 V 電源，復位時間極短，為了使上電時數據FLASH 收到一個確定的復位信號，需要硬件復位；在某些使用場景中，電源穩(wěn)定的時間可長達5s 甚至更長，F(xiàn)LASH 在電源穩(wěn)定前解除復位，可能會被不穩(wěn)定的電源影響而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此復位芯片的復位時間要設計為可硬件調整，以適應不同的使用場景。因此在改版設計中增加一片復位芯片TPS3808G33MDBVREP，使用該芯片對數據FLASH 進行復位。其復位輸出與電源的時序關系如圖5所示。圖5 中，VIT：threshold，閾值電壓，TPS3808G33為3.07 V；VHYS：hysteresis，滯后量，資料上給出的是VIT*1%，對TPS3808G33 為0.030 7 V；VIT+VHYS=3.100 7 V。

圖5 TPS3808G33 復位時序圖

同理，將DSP1 的程序FLASH（位號D3、D4）和DSP2 的程序FLASH（位號D10、D11）復位方式修改為復位芯片復位，與數據FLASH 的更改措施相同。

同樣，為避免DSP 發(fā)出的指令在下電時對FALSH 進行操作，DSP 也需要增加復位芯片，在板卡下電時及時將DSP帶入復位狀態(tài)，關閉DSP 的所有輸出指令。因此在改版設計中，增加復位芯片TPS3808G33，將復位輸出連接到DSP的復位引腳上，手動復位信號連接到復位芯片的MR 引腳上。改進前DSP1 的復位由CPLD 提供，如圖6所示：同理，DSP2 的復位設計更改措施與DSP1 的相同。

圖6 改進前DSP1 的復位設計原理圖

2.3 時鐘設計更改實現(xiàn)

在原SDE619AF 設計中，時鐘芯片IDT5V925 將20 MHz 時鐘倍頻為40 MHz，該芯片已停產，需要更換。將IDT5V925 更換為一片時鐘buffer 芯片CY2305，并將晶振更換為40 MHz。改進前時鐘設計原理圖如圖7所示，改進后時鐘設計原理圖如圖8所示。

圖7 改進前時鐘設計原理圖

圖8 改進后時鐘設計原理圖

2.4 全局復位設計更改實現(xiàn)

用戶反饋在實際列裝環(huán)境中，電源會有不穩(wěn)定的狀態(tài)，要求當電源不穩(wěn)定時，能將信息處理板整板重新復位。因此在改版設計中，在輸入+5.0 V 電源處增加一個復位芯片TSP3808G50。其中TPS3808G50 的閾值電壓為4.65 V，若板上+5 V 電源低于4.65V，該芯片即進入復位，當電源再次超過4.65 V 時，再進入復位-解復位過程，用該芯片的復位輸出控制下一級復位的MR 引腳。

3 信息處理板設計優(yōu)化實現(xiàn)

3.1 刪除未使用的器件

D5、D6、D17、D34 這4 個器件確認不使用，可以刪除。其功能如下：D5/D6：36 Mb SRAM 芯片，整板功能不使用SRAM。D17：CPLD 芯片XC95144XL，和D27 做了兼容設計，實際焊接的是D27，D17 確認不會使用。D34：TL16C554A，4 通道UART 芯片，實際并未使用。在原理圖及PCB 上將這4 個器件刪除。

3.2 優(yōu)化內部走線

在原SDE619AF 設計中，板卡上信號線間距較近，有串擾風險，更改前PCB 上部分走線；板卡上的兩路RS422未按差分規(guī)則走線。因此在SDE619AN 改版中，按目前規(guī)則加大信號線間距并修改線寬；將兩路RS422 按差分規(guī)則走線。更改后，板卡內部優(yōu)化了走線，提高了信號完整性，不影響原始設計。

3.3 兼容SDE619AF 量產版本中的CPLD 程序

在SDE619AF 的量產版本中，DSP1 和DSP2 的手動復位信號均分別輸入兩片CPLD 的IO 引腳上，CPLD 內部有電路。兩片CPLD 分別輸出復位信號給DSP1、DSP2，輸出的復位信號為7 個脈沖，不規(guī)范。在本次改版中，不焊接串聯(lián)的0 歐電阻，不使用CPLD 輸出給DSP 的復位信號。該版本輸出給DSP的復位信號不規(guī)范，但是其他接口為穩(wěn)定版，因此建議不要輕易更換該版本的CPLD 程序。

3.4 增加濾波電容

在經過對原SDE619AF 板卡進行充分測試后，建議在晶振GY1 的π 型濾波前后增加10 μF 電容以濾除更多的低頻噪聲；在晶振GY2 的電源端增加π 型濾波，從而使其性能達到最優(yōu)；在+1.26 V 輸出端增加2 個0.1 μF 電容，2 個0.01 μF 電容，降低電源噪聲；在D32/D16/D22/D21/D27 芯片端電源引腳上各增加一個0.1 μF 濾波電容。以上改動均屬于在原設計基礎上優(yōu)化，無不利影響。

3.5 CPLD 時鐘通路上串聯(lián)電阻

在對原板卡進行測試時，發(fā)現(xiàn)CPLD 時鐘有過沖現(xiàn)象，因此在改版設計中，在時鐘芯片CY2305（位號D26）輸出給CPLD 的時鐘上，串聯(lián)一個33 Ω 電阻。

4 結論

本文基于SDE619AF 信息處理板做SDE619AN 改版，對于信息處理板實現(xiàn)全套的設計更改與實現(xiàn)，并充分結合當前情況，更換即將停產的器件，優(yōu)化整體系統(tǒng)的設計，提高后續(xù)產品的可靠性和可生產性。