Дизайн платы разработки ESP8266 IoTДва
Автор: Учитель Чжан Цзяо (старший инженер боевой электроники Чжан Фэй)
Всем привет, сегодня мы продолжим обсуждение схематической части разработки IoT.
В предыдущей статье мы остановились на рабочем процессе блока питания, и в целом определили три метода согласования блока питания: «flyback» + Buck + LDO. На самом деле обратная часть - это адаптер, который мы купили, и мы решили приобрести эту часть через аутсорсинг. В этом месте LDO использует решение AMS1117, и его основная задача - добиться понижающего напряжения с 5 В до 3,3 В. Бак - это задача понижения напряжения с 12В до 5В.

Возможно, вы видели это в другом месте, используя решения LDO для снижения напряжения с 12 В до 5 или 3,3 В. Обязательное условие для использования этой схемы, то есть нагрузка не может быть слишком большой, то есть ток нагрузки не может быть слишком большим. Если ток нагрузки слишком велик, микросхема LDO DCDC будет выделять больше тепла. Из-за принципа работы модуля LDO он по-прежнему использует нелинейный импеданс (Rce) полупроводникового устройства (например, T4 на рисунке ниже) для понижения. Чем больше перепад давления, тем больше ток и тем выше мощность, потребляемая LDO. Следовательно, LDO не подходит для большого тока и высокого падения напряжения.
1
Затем мы должны принять способ передачи энергии с более низким внутренним сопротивлением, и тот, с которым мы более знакомы, - это импульсный источник питания. Наиболее часто используемая топологическая структура понижающего импульсного источника питания - это понижающая. Его принцип заключается в использовании накопителей энергии (конденсаторов, катушек индуктивности) вместо энергоемких устройств (резисторов) для передачи энергии, поэтому коэффициент энергоэффективности очень высок. Кроме того, использование включения и выключения для регулировки процесса передачи энергии для достижения динамической регулировки нагрузки и широкого входного напряжения, например, если нагрузка тяжелее, то время включения больше, а время выключения короче. ; если нагрузка Все-таки светлая, время включения короче, а время выключения больше.

Схема понижающего преобразователя нашей платы для разработки сделана с использованием микросхемы DCDC, поэтому размер платы может быть меньше и более практичным. Если вы хотите полностью понять принцип работы понижающей схемы, вам все равно нужно найти способ самостоятельно построить схему преобразования мощности дискретного устройства, чтобы вы могли понять более глубоко. Как показано на рисунке ниже, в нашей понижающей схеме используется микросхема SY8120, а идея управления переключателем заключена внутри устройства.
2
Если вы не сразу поймете принцип работы этого чипа, у вас будет время изучить его позже. Здесь я должен подчеркнуть, что для импульсных источников питания очень важна компоновка макетной платы. Поскольку сигнал переключения представляет собой ступенчатый сигнал, его можно наложить, расширив его до ряда высокочастотных рядов Фурье, то есть расширив до сигналов различных частот. Но на самом деле нам нужен основной сигнал, а другие высокочастотные вещи являются для нас помехами. Поэтому, когда мы выполняем разводку, мы должны минимизировать влияние этих высокочастотных сигналов снаружи, особенно на часть Id, поэтому петля Id должна быть как можно меньше, чтобы уменьшить влияние рамочной антенны на за пределами Влияние паразитной индуктивности следа на дороге. Во-вторых, заземление +5 В на выходе блока питания Buck должно быть заземлено в одной точке, потому что это заземление относительно грязное, и мы должны использовать метод одноточечного заземления, чтобы уменьшить его влияние на другие устройства. Кроме того, во время компоновки мы стараемся держать антенную часть ESP-12F подальше от понижающей цепи, чтобы еще больше уменьшить влияние основной схемы понижающего Id. На следующем рисунке представлена ​​ссылка на схему, приведенную в техническом описании SY8120. Вы можете наблюдать это, IN ---> LX ---> L ---> Cout ---> GND Фактически, эта строка, цикл был как можно короче. Хотя вывод FB также является высокочастотным контуром, его ток невелик и относительно не так важен, поэтому он находится в относительно второстепенном положении. Внимание всем, это только относительный термин.

3
Мы также упомянули схему сброса в самой маленькой системе. Итак, каков конкретный процесс сброса микроконтроллера ESP8266, который мы используем? Давайте посмотрим на инструкции, связанные с таблицей данных:
4
Я просто сказал, что было бы нормально добавить RC-схему снаружи, и заодно выдвинул определенные требования к разводке, и не объяснил, как сбрасывается однокристальный микрокомпьютер. Фактически, нам нужно делать только то, что требуется. Но нам все еще нужно найти способ как можно глубже понять схему сброса. Мы можем обратиться к схеме сброса однокристального микрокомпьютера серии STM32F030 для сравнения и понимания.

Давайте посмотрим на следующие два изображения, эти два изображения иллюстрируют процесс сброса при включении микроконтроллера.

5
6
Давайте посмотрим на форму сигнала Reset.При включении питания время, в течение которого Reset остается низким, можно разделить на две части. Первый период - это время от потенциала VCC до потенциала POR, а второй период - это время задержки сброса. Впервые относительно легко понять, может ли микроконтроллер работать только при стабильном напряжении? Во втором периоде, задержке сброса, большую часть времени в течение этого периода должно быть время, когда кварцевый генератор начинает колебаться, а также время, когда другие устройства сбрасываются. Мы провели тест сброса. Время от включения питания до момента, когда вывод выводит высокий уровень (это первая строка программы), составляет около 2 мсек в STM32 F030. В частности, является ли перезагрузка пленки ESP8266 при включении питания таким процессом? Я думаю, что это возможно. Материальной поддержки пока нет.

Взглянем на описание кнопки сброса микроконтроллера STM32F030.
7
8
Можете посмотреть, в документации к продукту не указано время сброса кнопки, просто сказано, что напряжение нужно снизить до определенного уровня, например, до 0,8В. В этом случае RC, разработанный нашей схемой, на самом деле играет роль фильтрации, правильно, чтобы предотвратить сброс микроконтроллера внешними помехами. Давайте посмотрим, совпадает ли эта функция с описанием схемы внешнего сопротивления-емкости в ESP8266. Поэтому я предполагаю, что процесс сброса ESP8266 аналогичен STM32F030 (здесь не упакован). Если у вас есть более подробная информация, вы можете изучить ее дальше.
8
В зависимости от значения R и C в цепи внешнего сопротивления-емкости мы обычно принимаем значение R = 10K, C = 104. Из приведенного выше анализа можно без проблем перейти к другим значениям здесь. Вы можете выбрать их в соответствии с вашей реальной ситуацией (например, не слишком много типов устройств BOM).

Давайте посмотрим, как кварцевый генератор начинает колебаться. Поскольку модуль уже упаковал кварцевый генератор внутри, нам не нужно беспокоиться о конструкции части схемы кварцевого генератора. Но на самом деле конструкция схемы кварцевого генератора очень важна, ведь кварцевый генератор - это сердцебиение однокристального микрокомпьютера. Как работает однокристальный микрокомпьютер без сигнала сердцебиения? Кроме того, конструкция схемы кварцевого генератора также используется в нашей схеме преобразования USB в последовательный порт, поэтому я все же планирую потратить некоторое время, чтобы объяснить принцип работы кварцевого генератора и некоторые конструктивные особенности для всех.
10
11
Как показано на рисунке выше, на самом деле под этой металлической крышкой интегрировано много чего, в том числе кристалл 26 МГц. Просто мы не можем его увидеть, потому что он инкапсулирован. Как мы уже упоминали ранее, это не значит, что его не существует, верно, ха-ха. Из-за нехватки места эта статья сначала остановится на этом. В следующей статье мы сосредоточимся на анализе процесса запуска кварцевого генератора и проектировании периферийных цепей, таких как реле и датчики температуры.

Справка
(Скопируйте ссылку, чтобы открыть в браузере)

① Условия запуска пассивного кварцевого генератора и принцип его работы http://m.elecfans.com/article/582154.html
② Каков принцип 51 однокристальной схемы кварцевого генератора микрокомпьютера?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ Подробное объяснение трехточечного колебательного контура синусоидальной волны LC
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④ Проблема формы сигнала конденсаторного трехточечного колебательного контура
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤ Принцип работы трехточечного колебательного контура конденсатора
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥ Время сброса при включении однокристальной системы https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
⑦ESP8266 Центр документов
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs