靈活替換、無懼缺芯，ARM工控板中的模塊化設計

2022年是充滿不確定性的一年，物料價格上漲、交期延長等問題將持續(xù)影響產(chǎn)品交付。如何從設計環(huán)節(jié)盡量減少影響呢？下文將以HDG2L-IOT為例，介紹ARM工控板中的模塊化設計。

HDG2L-IOT是基于瑞薩RZ/G2L 雙核A55處理器設計的高性價工控板，其WIFI、以太網(wǎng)、USB、音頻、4G/5G等部分采用模塊化設計，理念是自由搭配、靈活替換。

圖1  HDG2L-IOT

• 以太網(wǎng)模塊

模塊采用郵票孔設計，板載千兆PHY、晶振等外圍電路，模塊設計可兼容支持KSZ9031、YT8521、AR8031、RTL8211等高度集成的以太網(wǎng)收發(fā)器，符合10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T IEEE 802.3標準，提供10Mbps，100Mbps或1000Mbps的強大發(fā)送和接收功能。

圖2  以太網(wǎng)模塊

• USBHUB模塊

郵票孔設計，板載USB HUB芯片，輕松完成4路USB擴展，支援USB熱插拔功能。 模塊中的HUB芯片可選擇FE1.1、FE2.1、USB2514、USB5744等，并兼容支持USB2.0、USB3.0通信協(xié)議。

圖3  USBHUB模塊

• WiFi模塊

Wifi通信場景豐富、需求廣泛，此處設計兼容USB接口與SDIO接口WIFI模塊，可覆蓋市面上大部分常見的WIFI 模組。對于藍牙&WIFI一體模塊、2.4G&5G Wifi模塊可做到輕松適配。
HDG2L-IOT采用RTL8723、RTL8821、RTL8188等高速USB通信接口兼容設計， 可選單WIFI、WiFi+藍牙集成式模組。

圖4  WIFI模塊

• 音頻模塊

音頻部分主要IC為WM8960，它是一款低功耗立體聲編解碼器，采用 D 類揚聲器驅動器，可在 8 W 負載下為每通道提供 1 W 功率。該模塊采用郵票孔設計，集成了完整的麥克風接口和立體聲耳機驅動器。此外，同類型功能的音頻芯片還有TLV320，可做到模塊化兼容替換。

圖5  音頻模塊

• 5G/4G接口模塊

當前市面上可插拔式4G模組大都為MiniPCIE接口，可插拔式5G模組絕大部分為M.2接口（MiniPCIE接口較少）。為做到根據(jù)不同應用需求靈活選用5G或4G模組，此處設計M.2與MiniPCIE兼容接口板。

圖6  5G/4G接口模塊

總結：面對多樣化的需求及緊張的原材料供應形式，模塊化設計可以做到自由搭配、靈活替換，特別是小規(guī)模量產(chǎn)的產(chǎn)品有明顯交期、成本優(yōu)勢。