Zigbee开发技术及实践第3章 Zigbee硬件设计

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3. 参考成功案例 针对已经选定的CPU芯片，选择一个与需求比较接 近的成功参考设计。一般CPU生产商或合作方都会对每款 CPU芯片做若干开发板进行验证，厂家公开给用户的参考 设计图也是经过严格验证的，所以在设计过程中可以参考 并细读CPU芯片手册或找厂商进行确认。 TI给出了CC2530芯片手册，在设计过程中仔细阅读 芯片手册，可以减少设计的误差。CC2530芯片手册给出了 设计方案以及注意事项。
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3.2.2 PCB设计 在原理图绘制完成后，可以对相应的PCB进行设计。
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤。 1. 电源、地线的处理 电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品
的性能下降，甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线 的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最 低限度，以保证产品的质量。
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重要的控制或信号线需标明流向及用文字标明功能。 元件参数/数值必须准确标识，功率电阻一定要标明 功率值，高耐压滤波电容需标明耐压值。 保证系统每个模块资源不能冲突，例如，同一I2C总 线上的设备地址不能相同等。 阅读系统所有芯片手册，注意其未用输入管脚是否 需要做外部处理，如果需要，一定要做相应的外部处理。 在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发 的方便，或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、 高效的软件设计，这点需要硬件设计人员懂得底层软件的 开发调试，要求较高。
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持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停 产的元器件。
可替代原则：尽量选择引脚到引脚兼容种类比较多 的元器件。
向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件。 资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚。 在CC2530节点硬件设计的过程中，采用的外围元件 比较少，都是一些常见且容易购买、性价比高的元器件， 所以在设计过程中外围器件的选择比较容易。
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图3-1所示为CC2530芯片手册给出的设计参考方案，其中 注明CC2530芯片反面接地，建议用封装为0402的外围电容 电阻等元器件，并且制作的PCB厚度最好为1 mm。
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图3-1 CC2530芯片手册参考方案
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4. 对外围器件的选型 根据需求对外设功能模块进行元器件选型，元器件 选型应该遵守以下原则。 普遍性原则：所选的元器件要被广泛使用验证过， 尽量少用冷、偏芯片，减少风险。 性价比高原则：在功能、性能、使用率都相近的情 况下，尽量选择价格比较低的元器件，减少成本。 采购方便原则：尽量选择容易买到、供货周期短的 元器件。
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2. 确定核心CPU 根据功能和性能需求制定总体设计方案，对CPU进 行选型。CPU选型有以下几点 要求： 性价比高。 容易开发，体现在硬件调试工具种类多，参考设计 多，硬件资源丰富，成功案例多。
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可扩展性好。 根据要求选择CC2530作为Zigbee节点硬件核心CPU，
其优势在于CC2530可以满足设计的需求、性价比，稳定性 比较高，可参考的设计方案比较多。
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2. 数字电路与模拟电路的共地处理 当前PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路)，而 是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需 要考虑它们之间互相干扰的问题，特别是地线上的噪音干 扰，数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强。 对信号线：高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电 路器件。
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3.2.1 原理图设计 硬件原理图设计是产品设计的理论基础，设计一份
规范的原理图对设计PCB具有指导性意义，是做好一款产 品的基础。原理图设计的基本要求：规范、清晰、准确、 易读。原理图设计的一般过程包括以下几个方面。
1. 确定需求 详细理解设计需求，从需求中整理出电路功能模块 和性能指标要求等，这些要求有助于器件选型和电路的设 计。要设计Zigbee节点，首先要了解Zigbee节点应该具备的 基本功能：无线传输及组网、LED灯的显示、按键、供电 模块等。了解基本需求后需要进行硬件的选型。
对地线：PCB对外界只有一个连接点，所以必须在 PCB内部处理数、模共地的问题；而在板内部数字地和模 拟地实际上是分开、互不相连的，只是在PCB与外界连接 的接口处(如插头等)，数字地与模拟地由一点短接。
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Zigbee开发技术及实践第3章 Zigbee 硬件设计
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本章目标
计。
理解硬件设计规则及注意事项。 掌握CC2530核心板、路由器底板和协调器底板的设
了解低功耗设计。
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3.1 概述
本章将详细讲解Zigbee的硬件设计，主要内容包括 硬件设计规则及注意事项、Zigbee节点硬件总体设计、 Zigbee节点低功耗设计，其中：
硬件设计规则及注意事项主要包括需求分析、元器 件选型以及设计的基本原则。
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Zigbee节点硬件总体设计分别介绍Zigbee核心板、 Zigbee协调器底板和路由器底板的硬件设计。
Zigbee节点低功耗设计主要讲解在低功耗设计过程 中所要考虑的问题以及需要注意的事项。
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3.2 设计规则及注意事项
作为硬件系统的设计者，启动一个硬件开发项目， 要综合考虑各个方面，比如性价比、市场的需要、整个系 统架构的需求等，以便提出合适的硬件解决方案。下面以 基于CC2530 Zigbee节点硬件设计的原理图和PCB的绘制为 例，来讲解硬件设计规则及注意事项。
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注意事项包括以下几点。 尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽， 它们的关系是：地线 > 电源线 > 信号线。通常信号线宽 为0.2～0.3 mm，最精细宽度可达0.05～0.07 mm，电源线 为1.2～2.5 mm。 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路， 即构成一个地网来使用(模拟电路的地线不能这样使用)。 用大面积铜层作地线用，在PCB上把没被用上的地 方都与地相连接作为地线用，或是做成多层板，电源、地 线各占用一层。
155. 设计基本原则 硬件 Nhomakorabea理图的设计应该遵守以下基本原则： 数字电源和模拟电源分割。 数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接 接机壳地(大地)，机壳地必须接大地。 各功能布局要合理，整份原理图需要布局均衡，避 免有些地方很拥挤，而有些地方很松散。 可调元器件(如电位器)、切换开关等对应的功能需 弄清楚。