ESP8266IoT開発ボードdesignTwo

著者：張角先生（実際の戦闘電子機器の張飛シニアエンジニア）
みなさん、こんにちは。今日は、IoT開発ボードの回路設計部分についての議論を続けます。
前回の記事では、電源の動作プロセスに焦点を当て、全体として、「フライバック」+バック+ LDOの3つの電源調整方法を決定しました。フライバックパーツは実際に購入したアダプターであり、アウトソーシングで購入することにしました。この場所では、LDOはAMS1117ソリューションを使用しており、その主なタスクは5Vから3.3Vの降圧を実現することです。降圧は、電圧を12Vから5Vに下げるタスクです。

LDOソリューションを使用して電圧を12Vから5Vまたは3.3Vに下げるなど、他の場所で見たことがあるかもしれません。このスキームを使用するための前提条件があります。つまり、負荷が重くなりすぎないようにします。つまり、負荷電流が大きすぎないようにします。負荷電流が大きすぎると、LDODCDCチップがより多くの熱を発生します。 LDOモジュールの動作原理により、半導体デバイス（下図のT4など）の非線形インピーダンス（Rce）を使用して降圧します。圧力差が大きいほど、電流が大きくなり、LDOで消費される電力が大きくなります。したがって、LDOは大電流および高電圧降下には適していません。
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次に、内部抵抗の低いエネルギー伝達方法を採用する必要があります。私たちがよく知っているのは、スイッチング電源です。降圧スイッチング電源のより一般的に使用されるトポロジー構造は降圧です。その原理は、エネルギー伝達にエネルギー消費デバイス（抵抗）の代わりにエネルギー貯蔵デバイス（コンデンサ、インダクタ）を使用することであるため、そのエネルギー効率比は非常に高くなります。さらに、スイッチのオンとオフを使用してエネルギー伝達プロセスを調整し、負荷の動的調整と広い電圧入力を実現します。たとえば、負荷が重い場合、スイッチのオン時間は長くなり、オフ時間は短くなります。 ;負荷が軽い場合は、やっぱり軽く、スイッチを入れる時間が短く、電源を切る時間が長くなります。

当社の開発ボードの降圧回路はDCDCチップで作られているため、ボードのサイズをより小さく、より実用的にすることができます。降圧回路の動作原理を完全に理解したい場合でも、ディスクリートデバイスの電力変換回路を自分で構築する方法を見つけて、より深く理解できるようにする必要があります。下の図に示すように、私たちの降圧回路で使用されているチップはSY8120であり、スイッチ制御のアイデアはデバイス内にパッケージ化されています。
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このチップの動作原理をすぐに理解できない場合は、後で学ぶ時間を見つけることができます。ここで強調する必要があるのは、スイッチング電源の場合、開発ボードのレイアウトが非常に重要であるということです。スイッチング信号はステップ信号であるため、一連の高周波フーリエ級数に展開する、つまりさまざまな周波数の信号に展開することで重ね合わせることができます。しかし、私たちが必要としているのは実際には基本信号であり、他の高周波のものは私たちにとって干渉です。したがって、レイアウトするときは、これらの高周波信号が外部、特にId部分に与える影響を最小限に抑える必要があります。そのため、Idループをできるだけ小さくする必要があります。1つは、ループアンテナの影響を減らすことです。外部道路上のトレースの寄生インダクタンスによってもたらされる影響。もう1つは、バック電源出力の+ 5Vアースは比較的汚れているため、一点で接地する必要があります。また、他のデバイスへの影響を減らすために、一点接地方法を使用する必要があります。また、レイアウト時には、ESP-12Fのアンテナ部分をバック回路から遠ざけて、バックID主回路の影響をさらに低減するようにしています。次の図は、SY8120データシートに記載されているレイアウトリファレンスです。 IN ---> LX ---> L ---> Cout ---> GNDこのラインは、実際、ループは可能な限り短くなっています。 FBピンも高周波ループですが、その電流は大きくなく、比較的重要ではないため、比較的2次的な位置に配置されます。皆さんに注意してください。ここでは相対的な用語にすぎません。

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また、最小のシステムのリセット回路についても説明しました。では、私たちが使用しているESP8266マイクロコントローラーの特定のリセットプロセスは何ですか？データシートに関連する手順を見てみましょう。
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外部にRC回路を追加してもいいと言ったと同時に、配線の特定の要件を提示し、シングルチップマイクロコンピュータがどのようにリセットされるかについては説明しませんでした。実際、必要な場合にのみ実行する必要があります。しかし、リセット回路についての理解をできるだけ深める方法を見つける必要があります。比較と理解のために、STM32F030シリーズシングルチップマイクロコンピュータのリセット回路を参照することができます。

次の2つの写真を見てみましょう。これらの2つの写真は、マイクロコントローラーの電源がオンになっているときのリセットプロセスを示しています。

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リセット信号の波形を見てみましょう。電源を入れたとき、リセットがローのままになる時間は2つのセクションに分けることができます。最初の期間はVCC電位からPOR電位までの時間であり、2番目の期間はリセット一時化の時間です。初めて理解するのは比較的簡単ですが、マイクロコントローラーは電圧が安定しているときにのみ動作しますか？ 2番目の期間であるリセットの一時化では、この期間中のほとんどの時間は、水晶発振器が発振を開始する時間と、他のデバイスがリセットされる時間である必要があります。リセットテストを実行しました。電源投入からピンがハイレベルを出力するまでの時間（これはプログラムの最初の行です）は、STM32F030では約2msです。具体的には、ESP8266フィルムのパワーオンリセットはそのようなプロセスですか？おそらくそうだと思います。これ以上の重要なサポートはまだ見つかりませんでした。

STM32F030マイクロコントローラのボタンリセットの説明を見てみましょう。
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製品資料にはボタンのリセット時間は記載されておらず、0.8Vなど、一定のレベルまで電圧を下げる必要があると記載されています。この場合、私たちの回路によって設計されたRCは、外部干渉によるマイクロコントローラーのリセットを防ぐために、実際にはフィルタリングの役割を果たします。この機能がESP8266の外部抵抗-容量回路の説明と同じであるかどうかを見てみましょう。したがって、ESP8266のリセットプロセスはSTM32F030（ここにはパックされていません）に類似していると推測します。より詳細な情報がある場合は、さらに詳しく調べることができます。
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外部抵抗-容量回路のRとCの値に固有で、通常はR = 10K、C = 104の値を取ります。上記の分析から、ここで他の値に移動することは問題ありません。実際の状況（BOMデバイスの種類が多すぎないなど）に応じて選択できます。

水晶発振器がどのように発振し始めるかを見てみましょう。モジュールはすでに水晶発振器を内部にパッケージしているので、回路の水晶発振器部分の設計について心配する必要はありません。しかし、実際には、水晶発振器回路の設計は非常に重要です。結局のところ、水晶発振器はシングルチップマイクロコンピュータの心臓部です。シングルチップマイクロコンピュータは、ハートビート信号なしでどのように機能しますか？また、水晶発振器回路の設計は、USB-直列回路でも使用されているので、水晶発振器の動作原理といくつかの設計ポイントを皆さんに説明するために、少し時間を割くつもりです。
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上の写真に示されているように、実際には、26Mhzクリスタルを含め、この鉄のカバーの下に統合された多くのものがあります。カプセル化されているので見えないだけです。さっきも言ったように、存在しないという意味ではありませんね。スペースの制限により、この記事は最初にここで停止します。次の記事では、水晶発振器の始動プロセスの分析と、リレーや温度センサーなどの周辺回路の設計に焦点を当てます。

参照
（リンクをコピーしてブラウザで開きます）

①パッシブ水晶発振器の起動条件とその動作原理http://m.elecfans.com/article/582154.html
②51個のシングルチップマイクロコンピュータ水晶発振器回路の原理は何ですか？
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③3点LC正弦波発振回路の詳細説明
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④コンデンサ3点発振回路の波形問題
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤3点コンデンサ発振回路の動作原理
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥シングルチップパワーオンリセット時間https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
ێP8266ドキュメントセンター
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs