RK3588主板硬件设计笔记一（RK3588硬件学习视频和课件）
本项目所用的主控芯片是瑞芯微旗下的RK3588，采用的ARM架构，主要用于PC，边缘计算设备和其他数字多媒体应用。其中涉及到的高速电路模块有PCIE、LPDDR4、HDMI、MIPI、SATA、千兆网口、USB2.0、USB3.0、FSP、EMMC、TYPEC等
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1、RK3588主板整体介绍
RK3568主板接口概览
接⼝类型：
- ⽹⼝：位于主板边缘，采⽤RJ45接⼝
- HDMI接⼝：Type C型（HDMI C型）和Type A型两种规格
- Type C接⼝：⽀持USB和视频传输
- USB 2.0接⼝：标准USB接⼝
- SATA接⼝：⽤于连接硬盘设备
- PCIE模块：扩展插槽接⼝
- 电源接⼝：主板供电端⼝
接⼝特点：
- HDMI C型接⼝较传统A型更紧凑
- 千兆⽹⼝包含PHY芯⽚和变压器组件
- 接⼝布局相对集中，数量适中
- 存储部分：配备2颗LPDDR4内存芯⽚
- eMMC存储：⽤于系统固件存储
- 电源管理：集成PMIC电源管理芯⽚
2、RK3588主板原理图详解
2.1、HDMI接口
高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface），简称：HDMI，是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。随着技术的不断提升，HDMI的传输速率也不断的提升，HDMI2.0最大传输速率可达14.4Gbit/s，HDMI2.1最大传输数据速率可达42.6Gbit/s，因此对其PCB的布线也提出了更高的要求。
2.1.1、HDMI接口的PCB布局要求
- 1、HDMI接口按照外形结构要求放置PCB板边，方便插拔；
- 2、ESD静电保护器件靠近HDMI座子放置，在布局方面，ESD一定要靠近HDMI端子放置，以保证ESD作用能发挥出来，优先于串阻串容；
- 3、其它如防倒灌电路、分压电路等可以采取就近原则摆放HDMI座子附近；
- 4、HDMI接口5V供电电路靠近HDMI座子放置；
2.1.2、HDMI接口的PCB布线要求
- 1、HDMI接口差分信号控制阻抗100欧姆
- 2、HDMI接口单端信号控制阻抗50欧姆
- 3、所有信号布线靠近GND平面层进行布线
- 4、四对差分信号之间保持15mill以上的间距需求，差分信号需要包地处理，并在包地线上打上地过孔
- 5、四对差分信号需要做等长处理，对间误差为10mil，对内误差为5mil
- 6、建议在BGA区域的以下位置加地通孔，如图（a）所示，并建议按图（b）所示作包地处理，其中L为包地线地过孔间隔，建议小于150mil，D为包地线距离信号线之间的空气间距，建议≥4*W。
- 6、注意隔直电容和电阻之间的走线需按差分信号要求进行布线；
- 7、电阻做隔层参考，相邻层挖去和电阻PAD大小一样的GND铜皮。同时不允许差分走线和电阻PAD之间有残桩，如图所示 。
2.2、USB接口
USB是通用串行总线的英文缩写，是连接外部装置的一个串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通迅产品，并扩展到摄影器材，数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。USB2.0接口具有高达480Mbps的传输速率，USB3.0的最大传输带宽高达5Gbps,USB3.0引入全双工数据传输。USB的布局和布线有其对应的设计要求。
2.2.1、USB接口的PCB布局要求
- 1、USB应该接口靠近板边或结构定位放置，伸出板边一定位置(直插除外)，方便插拔；
- 2、ESD、共模电感器件靠近USB接口，放置的顺序是ESD-共模电感-阻容；
- 3、注意ESD和USB的距离，留有一定的的间距，考虑后焊的情况。
- 4、在布局时，尽量使差分线路最短，以缩短差分线距离。
2.2.2、USB接口的PCB布线要求
- 1、USB要走差分，阻抗控制为90欧姆，并包地处理，总长度最好不要超过1800mil.
- 2、尽可能缩短走线长度，优先考虑对高速USB差分（RX、TX差分）的布线，USB差分走线在走线的时候，尽可以有的减少换层过孔，从而可以更好的做到阻抗的控制，避免信号的反射；
- 3、过孔会造成线路阻抗的不连续，在每次打孔换层的地方加一对回流地过孔，用于信号回流换层。
- 4、若USB两边定位柱接的是保护地，分割时保证与GND的距离是2MM，并在保护地区域多打孔，保证充分连接，如图7-20所示。
- 5、由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，布线长一旦不匹配，时序会发生偏差，还会引起共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿按照差分等长规范来进行。
2.3、Type-C接口
USB Type C，又称为USB-C。需要注意的是Type-C只是一种接口，和USB的版本没有任何关系。该接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高10Gbps以及更强悍的电力传输（最高100W)。Type-C双面可插接口最大的特点的支持USB接口双面插入，主要面向更轻薄、更纤细的设备。
2.3.1 Type C接口的PCB设计要求
- 1、ESD、共模电感器件靠近Type C接口，放置的顺序是ESD→共模电感→阻容；同样也要注意ESD 和Type C的距离，留有一定的间距，考虑后焊情况。
- 2、TX信号线的耦合电容应靠近接口放置，RX信号线的耦合电容由设备端提供，如图所示；
- 3、Type C差分走线阻抗控制90ohm±10％，为了保证阻抗的连续性，应该有良好的参考平面和不跨分割，信号打孔换层时数量不超过2个。
- 4、Type-C有RX/TX1-2四组差分信号，两组D+/D-差分信号 ，一共六对差分线，差分信号线要求至少紧邻一个地平面，两侧都紧邻地平面最好，走线尽量短，走线最长不要超过6inchs。
- 5、保证Type C差分线长匹配，对内等长误差<6mil，等长按照差分等长规范。
- 6、保证Type C差分对于对间或者差分对于其他信号的影响，对内间距建议是大于等于4倍Type C线宽。与其他信号之间的间距保持尽量大于等于4倍Type C线宽；
- 7、CC1/CC2是两个关键引脚，作用很多：探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从配置Vbus，走线时面要加粗处理。
2.4、网口RJ45接口
以太网是当前应用最普通的局域网技术。Ethernet的接口是实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程。以太网接口电路主要由MAC控制器和物理层接( Physical Layer,PHY)两大部分构成.
RJ45这种接口就是我们现在最常见的网络设置接口，俗称“水晶头”，专业术语为RJ-45连接器，属于双绞线以太网接口类型。又名网络接口。应用范围包含内部局域网、对外网络连接等范围。常见的RJ45接品产品有∶网络服务器、路由猫、集线器、个人PC终端、打印机等设备。行业应用使用最多的为网络设备制造行业、电脑PC生产商、网络打印机设备生产商、网络系统安装架构行业。前者，生产的成品中会使用到RJ45接口，后置在架构网络环境中会使用到前者的部分产品成品。
我们常见的网口有百兆和千兆，他们的区别在于百兆网只有两对差分，一对收，一对发，另外四根是备用的；
千兆网有四对差分，两对收，两对发。
2.4.1、网口模块的PCB设计布局
- 1、RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去；以太网转换芯片和变压器之间的距离应尽可能短，一般不超过5inch。
- 2、复位电路信号应当尽可能的靠近以太网转换芯片，并且若可能的话应当远离TX、RX和时钟信号。
- 3、时钟电路应当尽可能的靠近以太网转换芯片，远离电路板边缘、其他高频信号、I/O端口、走线或磁性元件周围。总体布局要求，如图所示。
- 4、连接变压器上的交流端接电阻靠近变压器放置，如图所示。
2.4.2、网口模块的PCB设计布线
- 1、网口的差分尽量走表底层，差分对之间的间距至少4W以上，由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在，使得差分线长度不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量，因此差分对内的等长约束为5mil，差分对之间不用进行等长，等长时注意符合差分等长规则。
- 2、RJ45接口区域：内部所有层挖空处理。如图7-39所示，RJ45接口的G1,G2,G3和G4管脚的走线至少需要加粗至1mm以上，跨接电感和电容靠近接口放置，旁边多打地过孔。
- 3、变压器的处理，变压器所有层挖空（只挖一半，另一半铺铜处理，均匀的打上地过孔，建议间隔50mil一个），变压器到接口部分不用控阻抗，走线加粗处理；变压器到PHY芯片差分走线，控制100ohm差分阻抗。
- 4、变压器区域除差分信号外其他信号走线都加粗到20mil以上，变压器地网络的回流通过粗线连接起来。
- 5、以太网转换芯片的处理以太网芯片到CPU的RGMII接口线的发送部分和接收部分要分开布线，不要将接收和发送网络混合布线，线与线之间需要满足3W，发送和接收总线分别进行等长，等长范围100mil。
2.4.3、RGMII的PCB设计
RGMII接口是MAC和PHY之间常用的千兆网通信接口，采用4bit数据接口，工作时钟为125Mhz,并且上升沿和下降沿同时传输数据，因此传输速率可达1000Mbps。RGMII PCB设计注意事项:
- 1、CLK需要全程包地处理，并在地线上打上地过孔，每150mil必须有一个过孔；且时钟的去耦电容必须靠近管脚放置；
- 2、晶振需要靠近RK3588的XIN/XOUT脚摆放，需要包地处理，并且打上地过孔；
- 3、为提高RGMII/RMII接口性能，所在VCCIOx电源的去耦电容不得删除，布局时请靠近管脚放置；
结束
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