哈哈，容我介紹一下，如果大家對電子感興趣，可以看一下下面的圖片，會經常更新優秀的原創文章。再次感謝每一個努力的電子愛好者。
1 前言
開源連結：Exlink最好用的嵌入式多功能偵錯程式
大家好呀，在瀏覽網站的時候，突然看到這樣的一個作品，瞬間眼前一亮。這個專案是Expert電子實驗室設計的。一個小小的的裝置竟然可以有這麼多的功能。這個屬實是我們電子愛好者的福音啊！！！這樣的話，自己的桌面豈不是乾乾淨淨的，大大小小的儀器儀表都不必擺著佔空，想想就美滋滋的。
感慨了好久，我們先從作品的硬體部分看看它是怎麼設計的。有句話說的好，千萬不要閉門造車，一定要多去學習。看的多並且思考的多，自己的能力就會越來越強。
2 原理總覽
在上圖中，我們可以看到共分為兩個PCB板，分別為功率控制板以及訊號板。
3 訊號板
3.1 RP2040介紹
首先電路較為簡單的是訊號板。熟悉樹莓派的小夥伴對RP2040一定不陌生，大名鼎鼎的pico開發板正是使用了這款晶片。它是LQFN-56(7x7)封裝的，焊接難度還是有的，用焊錫膏+風槍，焊錫膏+加熱臺，都是不錯的方案。
RP2040參考手冊。引腳有56個，可以看到能用的GPIO還是很多的。
在本次專案需要設計RP2040的最小系統電路，如下圖所示。除了主角RP2040外，還有100nf濾波電容，12mhz晶振，W25Q16 FLASH 儲存器(SPI通訊)且有2MB容量。另外還有兩個開關，分別接到RUN和ADC3引腳。
其中較為重要的是CHAN0~CHAN7。這裡的介面功能是邏輯分析儀8通道介面。
注：這裡主要參考的方案是：RP2040邏輯分析儀專案：logicanalyzer
3.2 板對板連線排針
這裡設計的目的是方便進行功率控制板和訊號板的連線，採用1.27mm間距的排針，更加適合於較小的PCB。回想一下，我們平時設計是不是都是使用的熟悉的老朋友，2.54mm間距的。
仔細看了一下訊號，均是USB訊號。
這裡附上一個圖，感受下1.27mm間距的排針。
3.3 USBA
USBA的電路就顯的簡單很多，最重要就一組USB訊號了，焊接也是非常容易。當然封裝選擇的貼片形式，這樣拆裝更加方便。
3.4 訊號引出介面
在訊號引出介面方面，訊號沒有直接引出，選擇了BAV99S這款開關二極體，其實可以看出，是兩個二極體的串聯，一端接入GND，另一端則接入3.3V電壓。兩個二極體的中間則加入訊號源。
作者充分考慮了，外接IO口需要使用ESD器件和限流電阻保護，防止靜電擊穿。注意，這裡的限流電阻是33Ω
3.5 CH549G微控制器
下方的原理其實是設計了一個daplink下載偵錯程式。這裡我的思緒就拉回了我做daplink的專案的時候，當時使用的方案stm32微控制器，原來條條道路通羅馬啊。SWD和SCK下載程式用，RXD和TXD串列埠通訊用，本次專案使用的ch549G其實是一個微控制器，我們向裡面燒錄韌體就可以啦。
參考專案：基於CH549的DAPlink專案
這裡附上我之前設計的daplink，全當紀念一下了。
3.6 自己的一些思考與感悟
到這裡，訊號板的功能就介紹完畢了。讓我們看看專案的PCB圖紙吧。
這裡說下，PCB設計的非常好，我提一下自己的想法哈，因如果訊號高速採集的話，那就一定要考慮訊號的傳輸問題了，加上蛇形走線，使得每一個訊號走線等長，這樣在進行高速採集的時候，時序方面會更加穩定一些。
4 訊號板
4.1 電源總覽框架
電源設計是一個核心的內容。下圖中，主要包括Typec電源輸入，DCDC降壓，CH224K快充誘騙、MP28167的5V降壓電路、IP5306電池管理、SY8120B的3.3V降壓電路
4.2 Typec電源輸入
這裡需要注意的是，typec輸入的12V需要使用PD充電器進行供電。
下方是typec的原理圖，總體較為簡單。需要關注CC1和CC2，以及USB訊號。這裡為了安全考慮，加入了一個自恢復保險絲。
保險絲的引數如下，保持電路是50mA。這裡使用自恢復保險絲的優點是，保險絲可以重複使用。還記得小時候，晚上家中停電，家中長輩檢查出原因是保險絲斷掉，當時沒辦法繼續使用啦，就只能更換新的保險絲了。
4.3 CH224K快充誘騙
這裡放下CH224K晶片手冊連結。晶片手冊
首先啥叫誘騙呢，我聽到這個名詞也是一臉懵，這裡上鍊接。
PD誘騙是個啥玩意？ 聽著名字怎麼這麼奇怪。
其實呢，舉個生活中的例子，咱們手機就有快充功能。這裡我的理解是首先充電器一定要有快充功能的，其次手機一定要支援快充。
充電器相當於主機，手機相當於從機，兩者之前透過協議進行通訊最終實現快充的功能。因為在很多專案中，需要使用到快充充電器，可以用晶片假裝手機來讓充電器進行快充 PS：這裡是我的個人理解，有錯誤歡迎指正。
原理圖中可以看到晶片的CFG1對gnd加入24K歐姆的電阻，可以看出請求的電壓是9V。
4.4 DCDC降壓
DCDC降壓選用MP28167GQ-A。
定睛一看，這個原理圖暈暈的，不行，得去休息一會了。先容我附上晶片手冊。
這裡需要注意一下，如果大家選擇MP28167GQ-A-Z
MP28167GQ-A-Z晶片手冊
這個晶片，應該是沒辦法使用的，我這裡給大家看看晶片手冊的參考圖。這裡在FB引腳和OUT引腳之前需要加入三個電阻，當然需要配置不同阻值，才可以輸出不同的電壓。
在復刻評論區中也有小夥伴提及，沒想到竟然有這樣的區別。
上重點啦，上重點啦，上重點啦。重要的事情說三遍。這裡介紹MP28167GQ-Z
MP28167GQ-Z晶片手冊
我們上一下晶片手冊的推薦圖。這個就沒問題啦，這款晶片只是少了IIC的介面，其他功能都是存在的。並且最重要的是搭配的三個電阻不存在，輸出是固定的5V輸出。
這是datasheet中的原話。
4.5 IP5306電池管理
說到充電放電，這裡使用的是IP5306這款晶片。
繼續上晶片手冊，IP5306晶片手冊，在手冊中已經給出了完成的設計參考圖，本專案採用的是單燈模式。這裡的DC+5V是來自DCDC降壓得到的5V電壓。+5V給後續的元器件供電。
4.6 DC3V3電路
這裡的3.3V降壓電路使用的是SY8120B這款晶片，還是老樣子，上資料手冊。可以看出和晶片手冊設計類似，其中47pf的電容需要注意下。
在手冊中推薦22pF，這裡的作用是用來加速負載的傳輸。
4.7 可調電源電路
本次可調電源，使用的晶片是TPS5450QDDARQ1，這裡依然附上晶片手冊連結。
TPS5450QDDARQ1晶片手冊
這裡用不同的顏色標註，在參考電路圖中，紅色區域是必不可少的。綠色的濾波電容的可調整空間就比較大了。打個比方，輸入輸出位置的濾波電容的設計就像是一千個人眼中有一千個哈姆雷特。
其中黃色部分是額外需要關注。在參考設計中，想要輸出5V，電阻是固定住的。根據下圖的公式，可以得到VOUT=(R1*1.221)/R2+1.221 約等於5V。
在本次專案中使用MCP4017T-103E/LT來修改。這款晶片是IIC通訊且是數字電位器。參考部落格：可程式設計電阻-----MCP4017T-104ELT。
透過IIC介面可以配置電阻的阻值，從而控制VOUT輸出的電壓。更簡單的說，其實就如下圖所示，模擬出一個電阻而已。
4.8 功率監測電路
看到下面的圖片頓感不妙，喝口水冷靜下了。
可以看出其中關鍵的晶片是AON7403和INA226AIDGST
1、AON7403資料手冊
2、INA226AIDGST資料手冊
原來AON7403是一個場效電晶體(PMOS管)。這時候我的思緒又被拉遠，之前見到過得MOS都是一頭三腳形式的，這種還是第一次見。這裡借用專案原描述進行回答下，採用了雙PMOS背靠背連線的電路，實現了電源的雙向關斷，所以我們可以透過關閉雙PMOS實現外界輸入的電壓測量，開啟雙PMOS時則是內部的數控電源向外輸出。
INA226AIDGST則是IIC為介面，IN+接入得是VOUT_BUS+，IN-接入得是VOUT_BUS-
INA226資料手冊
下圖中可以看出共有4個核心的暫存器，power暫存器、current暫存器、voltage暫存器、alert暫存器，INA226將測得的功率資料反饋給微控制器。
4.9 USBHUB
參考文章：
1、USB HUB簡述
2、如何選擇正確的USB Hub?
3、USB擴充套件塢和USB HUB的區別是什麼？
4、基於VL813的USB3.0-HUB設計
談及usbhub，我感觸很多，之前買了一臺膝上型電腦，只有一個usb的口，如果不加入一個usbhub的話，就會很麻煩的。一個小小的裝置可以連線多個裝置，比如可以同時接入滑鼠，隨身碟，行動硬碟，鍵盤，可以說非常的強大。
本次設計使用的是CH334F這個晶片，這個晶片型別是集線器、介面協議是 USB2.0，USB3.0就不支援啦。資料速率是480Mbps。
CH334F資料手冊
但是，但是它的封裝是QFN-24封裝的，對焊工還是有要求的。
下圖是資料手冊的參考電路，紅色是擴充套件端，綠色是單口端。
Exlink中V5和VDD33都接入了3.3V電壓，原因是出於下圖的考慮。
4.10 1.27mm排針
這個就不介紹了哈，是和訊號板連線的地方。這裡主要的訊號時三組usb訊號，3.3V，5V，GND。
4.11 微控制器最小系統
Exlink專案使用的是ESP32微控制器，在一個專案中，學會設計微控制器的最小系統很重要。
該晶片是QFN56封裝的，對焊工依然有要求。
其中包含外接Flash晶片(W25Q128)，40mhz晶振電路，按鍵電路，復位電路，程式下載功能電路，天線電路。
4.12 蜂鳴器電路
驅動蜂鳴器方面使用的是AO3400的NMOS管。
當BUZ訊號輸出高電平的時候，蜂鳴器鳴叫。當BUZ訊號輸出低電平的時候，蜂鳴器不鳴叫。這裡需要對NMOS管使用有個基本的瞭解。
4.13 螢幕介面
這裡藉助exlink專案的原話來回答下，涉及的通訊協議有I2C和SPI。
螢幕採用的是1.69寸的電容觸控式螢幕，驅動晶片為ST7789V（spi介面），觸控驅動為CST816T（i2c介面），取樣排線插接的方式安裝
介面如下圖所示，可以看出它是翻蓋式。
4.14 2.54mm排針
在訊號引出介面方面，訊號沒有直接引出，選擇了BAV99S這款開關二極體，其實可以看出，是兩個二極體的串聯，一端接入GND，另一端則接入3.3V電壓。兩個二極體的中間則加入訊號源。
作者充分考慮了，外接IO口需要使用ESD器件和限流電阻保護，防止靜電擊穿。注意，這裡的限流電阻是33Ω
本文由部落格一文多發平臺 OpenWrite 釋出！