大家好，我們今天繼續(xù)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板的原理圖設(shè)計(jì)部分的探討。

上篇文章，我們著重探討了電源部分的工作過程，整體上確定了“反激”+ Buck + LDO三種電源配合的方式。反激部分，其實(shí)就是我們買的適配器，這部分我們已經(jīng)確定通過外購的方式進(jìn)行。LDO這個地方，使用的是AMS1117的方案，它主要的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)5V到3.3V的降壓。Buck則是實(shí)現(xiàn)電壓從12V降低到5V的任務(wù)。

大家可能在其他地方也見到過，使用LDO的方案，把電壓從12V降低到5V或者3.3V。使用這種方案有一個前提條件，那就是負(fù)載不能太重，也就是負(fù)載電流不能太大。如果負(fù)載電流太大，LDO DCDC的芯片就會發(fā)熱比較嚴(yán)重。

因?yàn)長DO這個模塊的工作原理，它還是利用半導(dǎo)體器件（比如下圖中的T4）的非線性阻抗（Rce））來降壓的。壓差越大，電流越大，那么LDO上面所消耗的功率也就越高。所以對大電流、高壓差的情況，LDO就不太適合了。

那么我們必須采用一種內(nèi)阻更低的能量傳遞方式，大家比較熟悉的就是開關(guān)電源了。降壓開關(guān)電源比較常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是buck。它的原理，是使用儲能器件（電容、電感）代替了耗能器件（電阻）進(jìn)行能量傳遞，所以它的能效比非常高。

另外，使用開關(guān)的開通和管斷來調(diào)節(jié)能量傳遞的過程，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)和寬電壓輸入，比如如果負(fù)載比較重，那么開關(guān)開通的時間就長一些，關(guān)閉的時間就短一些；如果負(fù)載畢竟輕，開關(guān)開通的時間就短一些，關(guān)閉的時間就長一些。

我們這個開發(fā)板的buck電路是使用DCDC的芯片來做的，這樣可以做到板子的體積比較小，更加實(shí)用化。如果大家想徹底搞明白buck電路的工作原理，還是得想辦法自己去搭建分立器件的電源轉(zhuǎn)換電路，這樣才能理解得更加深刻一些。如下圖所示，我們這個buck電路使用的芯片是SY8120，開關(guān)控制的思路都被封裝在器件內(nèi)部了。

如果大家一下子搞不明白這個芯片的工作原理，可以后面找時間慢慢學(xué)習(xí)。我這里需要強(qiáng)調(diào)的是，對于開關(guān)電源來說，開發(fā)板布局非常重要的。因?yàn)殚_關(guān)信號是一個階躍信號，它可以通過展開成一系列高頻的傅里葉級數(shù)疊加，也就是展開成各個頻率的信號。

但是呢，我們需要的其實(shí)就是基波信號，其他高頻的東西對于我們來說都是干擾。那么我們在布局的時候，就要盡可能減少這些高頻信號的對外部的影響，尤其是Id部分，所以Id回路要盡可能的小，一個是減少環(huán)形天線對外輻射的影響，一個減小環(huán)路上走線寄生電感帶來的影響。

再一個，Buck電源輸出的+5V的地，一定要單點(diǎn)接地，因?yàn)檫@個地相對來說比較臟，我們要通過單點(diǎn)接地的方式來降低它對其他器件的影響。另外在布局的時候，我們盡可能讓ESP-12F的天線部分遠(yuǎn)離buck電路，進(jìn)一步降buck Id主回路的影響。

下圖是SY8120 datasheet中給出來的布局參考，大家可以觀察一下，IN ---> LX --->L ---> Cout ---> GND 這條線，其實(shí)回路已經(jīng)盡可能的短了。雖然FB引腳也是一個高頻回路，但是它的電流不大，相對來說沒有那么重要，所以把它放在了相對次要的位置。大家注意呀，這里只是相對而言的。

最小系統(tǒng)中的復(fù)位電路，我們前面也提到了。那么我們使用的ESP8266這款單片機(jī)的復(fù)位過程具體是怎樣的呢？我們來看一下datasheet相關(guān)的說明：

這里只是說外面加一個RC電路就好了，同時對走線提出了一定的要求，并沒有講清楚單片機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。其實(shí)我們只要按照要求做，就可以了。但是我們還是要想辦法盡可能對復(fù)位電路加深一些理解。我們可以參考STM32F030系列單片機(jī)的復(fù)位電路進(jìn)行對比理解。

大家看一下下面兩幅圖，這兩幅圖說明是單片機(jī)上電時的復(fù)位過程。

大家看一下，Reset信號的波形，上電的時候，Reset保持為低時間可以分為兩段。第一段時間，是VCC電位上電到POR電位的時間，第二段時間是Reset temporization的時間。

第一段時間相對好理解，只有電壓穩(wěn)定了，單片機(jī)才能工作么。第二段時間Reset temporization這段時間大部分的時間應(yīng)該是晶振起振的時間，還有其他器件reset復(fù)位的時間。

我們做過一個Reset的測試，從上電開始到一個管腳輸出高電平（程序第一行就是這個）的時間，在STM32 F030中，這個時間是2ms左右。具體ESP8266這個片子的上電復(fù)位是不是這么一個過程，我想大概是吧。目前還沒有找到更多的材料支撐。

大家可以看一下，產(chǎn)品文檔這里并沒有對按鍵復(fù)位的時間進(jìn)行說明，只是說電壓要下降到一定的程度才行，比如電壓要降低到0.8V。那么這種情況下，我們電路設(shè)計(jì)的那個RC，其實(shí)只是起到了一個濾波作用，對不對，防止外界的干擾導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位。大家看看，這個作用和ESP8266對外界阻容電路的描述是不是一樣的。所以我推測ESP8266的復(fù)位過程和STM32F030差不多（這里不打包票），大家如果能有更詳細(xì)的資料，可以再深入研究下。

具體到外界阻容電路中R和C的取值，我們一般是取值R=10K，C=104。從上面的分析了來看，這里去其他值應(yīng)該也沒有什么問題，大家可以根據(jù)自己的實(shí)際情況（比如BOM表器件種類不要太多）進(jìn)行選取。

下面我們來看一下晶振是如何起振的。因?yàn)槟＝M已經(jīng)把晶振封裝到內(nèi)部去了，我們不用去操心晶振部分電路的設(shè)計(jì)。但是其實(shí)晶振電路的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，晶振畢竟是單片機(jī)的心跳呀。
沒有心跳信號，單片機(jī)如何工作。另外一個，我們的USB轉(zhuǎn)串口電路中也用到了晶振電路部分的設(shè)計(jì)，所以這里我還是打算花一些時間把晶振的工作原理和一些設(shè)計(jì)的要點(diǎn)給大家講清楚。

鐵蓋子下面其實(shí)是集成了不少東西的，其中就包括了一個26Mhz的晶振。只不過因?yàn)橐呀?jīng)封裝過了，我們看不到而已，就像我們前面提到的一樣，看不到不代表不存在，是吧，呵呵。受限于篇幅的原因，這篇文章就先到這里。下篇文章，我們重點(diǎn)分析晶振的起振過程還有繼電器、溫度傳感器等外設(shè)電路的設(shè)計(jì)。

編輯：jq