PCB電路板設(shè)計(jì)
不管你訪問哪一家pcb廠可編程器件制造商的網(wǎng)站，你都會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)裝在電路板上的器件進(jìn)行編程，這是他們到處宣傳的一個(gè)特點(diǎn)。我們把它稱為系統(tǒng)內(nèi)編程（ISP），人們已經(jīng)使用多年了。ISP技術(shù)能夠加快代碼調(diào)試，最后完成新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，為生產(chǎn)制造做好準(zhǔn)備。在生產(chǎn)中使用ISP技術(shù)有實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)。ISP可以減少對(duì)器件進(jìn)行編程的成本。使用ISP技術(shù)可以提高靈活性，即提高在生產(chǎn)線上進(jìn)行重新編程的能力，或者在電路板上進(jìn)行多步編程，不用進(jìn)行反修或者把器件拿下來。ISP技術(shù)省去了對(duì)預(yù)先編程器件的存貨進(jìn)行跟蹤方面的工作。電路板一旦具備ISP的功能，就可以在現(xiàn)場(chǎng)完成升級(jí)或者提供服務(wù)。 工程師如何才能優(yōu)化印刷電路板設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)ISP呢？有多種設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化這種轉(zhuǎn)變。
1．弄清楚電路板哪些是可編程器件。電路板上的器件并不是都可以進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程的。例如，并行器件通常就不可以這么做。對(duì)于可編程器件而言，為了保持設(shè)計(jì)的靈活性，ISP的串行編程能力是必不可少的。
2．檢查每個(gè)器件的編程技術(shù)規(guī)范，確定哪些引腳是必需的。這些信息可以從器件制造商那里得到，也可以到網(wǎng)上下載。此外，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師也可以提供器件和設(shè)計(jì)方面的支持，也是個(gè)很好的資源。
3．連接編程管腳，以便使用控制電路板上的引腳。確認(rèn)在這個(gè)設(shè)計(jì)中，可編程管腳連接到電路板上連接器或者測(cè)試點(diǎn)。用于生產(chǎn)的電路內(nèi)測(cè)試器（ICT）或者ISP編程器都需要這些。
4．避開爭(zhēng)用。確認(rèn)ISP所需要的信號(hào)沒有連接到其他的硬件上，這些硬件會(huì)與編程器發(fā)生沖突?？纯淳€路的負(fù)載。有一些處理器能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，但是，大部分編程器還做不到這一點(diǎn)。如果輸入/輸出是共享的，那么，這可能會(huì)是一個(gè)問題。請(qǐng)注意監(jiān)視定時(shí)器或者復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生器。如果由監(jiān)視定時(shí)器或者復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生器發(fā)出一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，那么，器件可能是不正確地編程的。
5．確定在制造過程中可編程器件是如何加上電源的。目標(biāo)電路板必須加上電源，以便在系統(tǒng)中進(jìn)行編程。我們還需要確定以下幾個(gè)問題： ? 需要什么樣的電壓？在編程模式下，組件需要的電壓范圍通常與正常工作模式不同。如果在編程時(shí)的電壓比較高，那么，必須保證這個(gè)更高的電壓不會(huì)對(duì)其他組件造成損壞。 ? 一些器件必須在高電平和低電平的情況進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證器件的編程是正確的。如果是這樣，那就必須規(guī)定電壓的范圍。如果有復(fù)位產(chǎn)生器的話，請(qǐng)先檢查復(fù)位產(chǎn)生器，因?yàn)樵趫?zhí)行低電壓檢驗(yàn)時(shí)它可能會(huì)試圖把器件復(fù)位。 ? 如果這個(gè)器件需要一個(gè)VPP電壓，那么要在電路板上提供VPP電壓，或者在生產(chǎn)時(shí)另外使用電源為它供電。需要VPP電壓的處理器將和數(shù)字輸入/輸出線共享這個(gè)電壓。請(qǐng)確認(rèn)連接到VPP上的其它電路可以在更高的電壓下工作。 ? 是否需要監(jiān)視器來看看電壓是在器件的技術(shù)規(guī)范范圍之內(nèi)？請(qǐng)確認(rèn)安全裝置是有效的，能把這些電源保持在安全范圍內(nèi)。
6．搞清楚使用什么樣的設(shè)備來進(jìn)行編程，以及進(jìn)行設(shè)計(jì)。在測(cè)試階段，如果電路板是放在測(cè)試固定件上進(jìn)行編程，那么可以通過針床來連接引腳。另外一個(gè)辦法是，如果需要使用機(jī)架式測(cè)試儀，并且要運(yùn)行專門的測(cè)試程序，最好用連接器在電路板的邊上進(jìn)行連接，或者用電纜進(jìn)行連接。
7．想出一些有創(chuàng)造性的信息跟蹤措施。在生產(chǎn)線的后部增加針對(duì)配置的數(shù)據(jù)，這種做法變得越來越普遍。在可編程器件有效使用時(shí)間內(nèi)，可以把它做成"智能"器件。在產(chǎn)品上加上與產(chǎn)品有關(guān)的信息，例如，序號(hào)、MAC地址或者生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這會(huì)使產(chǎn)品變得更加有用，更容易維護(hù)和升級(jí)，或者可以更容易地提供保修服務(wù)，而且，還有利于制造商在產(chǎn)品的有效使用期內(nèi)收集有用的信息。許多"智能"型產(chǎn)品通過增加一個(gè)簡(jiǎn)單而且不太貴的EEPROM，用生產(chǎn)線或者現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，對(duì)這個(gè)EEPROM進(jìn)行編程，就具備這種跟蹤的能力。
PCB電路板
圖1 設(shè)計(jì)良好、適合最終產(chǎn)品的電路也會(huì)在生產(chǎn)過程中給ISP的實(shí)現(xiàn)帶來障礙。
圖1是一個(gè)簡(jiǎn)單的污水泵控制器的典型設(shè)計(jì)。U1是一個(gè)使用閃存的通用可編程微控制器。在編程時(shí)需要使用的管腳是PA0、PA1和PA2（這三個(gè)管腳分別是程序時(shí)鐘、程序數(shù)據(jù)輸入和程序數(shù)據(jù)輸出）等。測(cè)試點(diǎn)TP1-TP5是連接到用來編程的電線上，對(duì)ICT來說，這些測(cè)試點(diǎn)可能有用。對(duì)最終產(chǎn)品而言，這個(gè)設(shè)計(jì)是行得通的，但是要想實(shí)現(xiàn)ISP，這個(gè)電路是不夠的。存在三方面的問題：
復(fù)位線沒有接到測(cè)試點(diǎn)上。對(duì)于更小的處理器，復(fù)位電路有一個(gè)上拉/下拉電阻器，它們把器件保持在非復(fù)位的狀態(tài)。因此，在最終設(shè)計(jì)中，如果沒有把這條線連接起來，是不可以。然而，這條線對(duì)ISP來說可能會(huì)很重要。許多器件的制造算法是通過這這個(gè)管腳把組件設(shè)置在編程模式，或者致少要把把所有用于編程的輸出管腳設(shè)置在已知狀態(tài)。否則，在處理器上執(zhí)行的代碼會(huì)和連接著編程器的輸入/輸出線爭(zhēng)用。 連接到PA1（程序數(shù)據(jù)輸入）的D1會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)用。相對(duì)大部分編程器引腳驅(qū)動(dòng)器，LED消耗的電流相當(dāng)大。如果連接到PA1的編程器不能克服LED消耗電流的問題，那么，這個(gè)引腳上的數(shù)據(jù)就不可能送到目標(biāo)器件上。對(duì)于PA2上的光隔離器，也是這樣。不過，這個(gè)器件的電流可以達(dá)到正確的邏輯電平。
PA0可能存在問題。對(duì)于延伸到產(chǎn)品機(jī)殼外面輸入線，使用電阻器電容器（RC）電路來防止靜電放電（ESD），是很常見的。把電容器C2直接連到PA0上，會(huì)引起爭(zhēng)用，而且，在編程器試圖驅(qū)動(dòng)這條線時(shí)，會(huì)使時(shí)鐘的上升沿和下降沿變慢。
對(duì)同一個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行三次修改，使它最適合生產(chǎn)線上的ISP（圖2）。
PCB電路板
圖2 同一個(gè)電路設(shè)計(jì)經(jīng)過修改，既清除了爭(zhēng)用還對(duì)系統(tǒng)內(nèi)編程進(jìn)行了優(yōu)化
用一個(gè)連接器來取代所有的測(cè)試點(diǎn)。如果這個(gè)連接器的大小和工程上用的工具一樣，例如，模擬器或者編程器，那是非常有用的。在生產(chǎn)的最后階段，不需要把這個(gè)連接器安裝到電路板上。這個(gè)連接器通常不去動(dòng)它，以便在服務(wù)和升級(jí)時(shí)使用。
復(fù)位線是連接到連接器上。把D1移到一個(gè)不是用來編程的輸入/輸出線上。如果不這樣做，可以增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來降低負(fù)載。
把串聯(lián)電阻器加到電容器的前面。這個(gè)電容器與編程器隔開，不會(huì)影響到它的既定用途。人們希望把浮動(dòng)的開關(guān)輸入移到另一個(gè)不是用來編程的輸入/輸出引腳上，但是，這樣做，這個(gè)器件的引腳就不夠用了.