ESP8266 IoT 개발 보드 디자인두
저자: Zhang Jiao 교사(Actual Combat Electronics의 Zhang Fei 수석 엔지니어)
안녕하세요 여러분, 오늘 우리는 IoT 개발 보드의 도식 설계 부분에 대한 논의를 계속합니다.
이전 기사에서는 전원 공급 장치의 작동 프로세스에 중점을 두었고 전체적으로 "플라이백" + Buck + LDO의 세 가지 전원 공급 조정 방법을 결정했습니다. 플라이백 부분은 사실 저희가 구매한 어댑터인데, 이 부분은 아웃소싱을 통해 구매하기로 했습니다. 이 위치에서 LDO는 AMS1117 솔루션을 사용하며 주요 작업은 5V ~ 3.3V 강압을 달성하는 것입니다. 벅은 전압을 12V에서 5V로 낮추는 작업입니다.

LDO 솔루션을 사용하여 전압을 12V에서 5V 또는 3.3V로 낮추는 것을 다른 곳에서 본 적이 있을 것입니다. 이 방식을 사용하기 위한 전제 조건이 있습니다. 즉, 부하가 너무 커서는 안 됩니다. 즉, 부하 전류가 너무 커서는 안 됩니다. 부하 전류가 너무 크면 LDO DCDC 칩에서 더 많은 열이 발생합니다. LDO 모듈의 작동 원리 때문에 여전히 반도체 장치(아래 그림의 T4와 같은)의 비선형 임피던스(Rce)를 사용하여 강압합니다. 압력차가 클수록 전류가 커지고 LDO에서 소비되는 전력이 높아집니다. 따라서 LDO는 대전류 및 고전압 강하에는 적합하지 않습니다.
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그런 다음 내부 저항이 낮은 에너지 전달 방식을 채택해야 하며, 우리에게 더 친숙한 방식은 스위칭 전원 공급 장치입니다. 강압 스위칭 전원 공급 장치의 더 일반적으로 사용되는 토폴로지 구조는 벅입니다. 에너지를 소비하는 소자(저항기) 대신 에너지 저장 소자(커패시터, 인덕터)를 사용하여 에너지를 전달하는 원리로 에너지 효율이 매우 높습니다. 또한 스위치 켜기 및 끄기를 사용하여 에너지 전달 프로세스를 조정하고 부하 동적 조정 및 넓은 전압 입력을 달성하기 위해 예를 들어 부하가 무거울 경우 스위치 켜기 시간은 더 길고 끄기 시간은 더 짧습니다. ; 부하가 가벼우면 스위치를 켠 시간은 더 짧고, 끄는 시간은 더 길다.

우리 개발 보드의 벅 회로는 DCDC 칩으로 만들어져 보드의 크기를 더 작고 실용적으로 만들 수 있습니다. 벅 회로의 작동 원리를 완전히 이해하려면 여전히 개별 장치의 전력 변환 회로를 직접 구축하는 방법을 찾아야 하므로 더 깊이 이해할 수 있습니다. 아래 그림과 같이 우리의 벅 회로에 사용된 칩은 SY8120이며, 스위치 제어의 아이디어는 장치 내부에 패키징되어 있습니다.
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이 칩의 작동 원리를 한 번에 이해하지 못하면 나중에 배울 시간을 찾을 수 있습니다. 여기서 강조해야 할 것은 스위칭 전원 공급 장치의 경우 개발 기판의 레이아웃이 매우 중요하다는 것입니다. 스위칭 신호는 스텝 신호이기 때문에 일련의 고주파 푸리에 급수, 즉 다양한 주파수의 신호로 확장하여 중첩될 수 있습니다. 그러나 우리에게 필요한 것은 실제로 기본 신호이고 다른 고주파는 우리에게 간섭입니다. 따라서 배치할 때 이러한 고주파 신호가 외부, 특히 Id 부분에 미치는 영향을 최소화해야 합니다. 따라서 Id 루프는 가능한 한 작아야 합니다. 하나는 루프 안테나의 영향을 줄이는 것입니다. 도로에서 트레이스의 기생 인덕턴스가 가져온 영향. 또 하나, Buck 전원 공급 장치 출력의 +5V 접지는 단일 지점에서 접지되어야 합니다. 이 접지는 상대적으로 더럽기 때문에 다른 장치에 미치는 영향을 줄이기 위해 단일 지점 접지 방법을 사용해야 합니다. 또한 레이아웃 중에 ESP-12F의 안테나 부분을 벅 회로에서 멀리 유지하여 벅 Id 주 회로의 영향을 더욱 줄이려고 합니다. 다음 그림은 SY8120 데이터 시트에 제공된 레이아웃 참조입니다. IN --- > LX --->L ---> Cout ---> GND 이 줄은 실제로 루프가 가능한 한 짧습니다. FB 핀도 고주파 루프이지만 전류가 크지 않고 상대적으로 중요하지 않기 때문에 상대적으로 2차적인 위치에 배치됩니다. 모두 주의하십시오. 여기에서는 상대적인 용어일 뿐입니다.

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우리는 또한 가장 작은 시스템의 리셋 회로에 대해서도 언급했습니다. 그렇다면 우리가 사용하는 ESP8266 마이크로 컨트롤러의 특정 재설정 프로세스는 무엇입니까? 데이터시트와 관련된 지침을 살펴보겠습니다.
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나는 단지 외부에 RC 회로를 추가하는 것이 좋을 것이라고 말하면서 동시에 배선에 대한 특정 요구 사항을 제시했으며 단일 칩 마이크로 컴퓨터가 어떻게 재설정되는지 설명하지 않았습니다. 사실 우리는 필요한 만큼만 하면 됩니다. 그러나 우리는 여전히 리셋 회로에 대한 이해를 가능한 한 깊게 할 방법을 찾아야 합니다. 비교 및 이해를 위해 STM32F030 시리즈 단일 칩 마이크로컴퓨터의 리셋 회로를 참조할 수 있습니다.

다음 두 사진을 살펴보겠습니다. 이 두 사진은 마이크로컨트롤러의 전원이 켜질 때 재설정 프로세스를 보여줍니다.

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Reset 신호의 파형을 살펴보면 전원을 켤 때 Reset이 Low로 유지되는 시간을 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 주기는 VCC 전위에서 POR 전위까지의 시간이고, 두 번째 주기는 Reset 임시 시간입니다. 처음으로 비교적 이해하기 쉬운데, 마이크로컨트롤러는 전압이 안정될 때만 작동할 수 있습니까? 두 번째 기간인 리셋 임시에서 이 기간의 대부분은 수정 발진기가 발진하기 시작하는 시간과 다른 장치가 리셋되는 시간이어야 합니다. STM32 F030에서 전원이 켜진 후 핀이 하이 레벨(프로그램의 첫 번째 라인)을 출력할 때까지의 시간은 약 2ms입니다. 구체적으로 ESP8266 필름의 파워온 리셋이 그런 과정인가?아마도 그럴 것이다. 더 이상의 물질적 지원은 아직 발견되지 않았습니다.

STM32F030 마이크로 컨트롤러의 버튼 재설정에 대한 설명을 살펴보겠습니다.
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제품 설명서에는 버튼의 리셋 시간에 대한 설명이 없으며 전압을 0.8V로 낮추는 것과 같이 전압을 일정 수준으로 낮추어야 한다고만 나와 있습니다. 이 경우 우리 회로에서 설계한 RC는 실제로 필터링 역할을 하여 외부 간섭이 마이크로 컨트롤러를 재설정하는 것을 방지합니다. 이 기능이 ESP8266의 외부 저항-커패시턴스 회로에 대한 설명과 동일한지 봅시다. 그래서 ESP8266의 리셋 과정은 STM32F030과 비슷하다고 생각합니다.(여기에 포장되지 않았습니다.) 더 자세한 정보가 있으면 더 공부할 수 있습니다.
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외부 저항-커패시턴스 회로의 R 및 C 값에 대해 일반적으로 R=10K, C=104 값을 취합니다. 위의 분석을 통해 여기에서 다른 값으로 이동하는 것은 문제가 없을 것입니다.

수정 발진기가 어떻게 진동하기 시작하는지 살펴보겠습니다. 모듈은 이미 수정 발진기를 내부에 패키징했기 때문에 회로의 수정 발진기 부분의 설계에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 그러나 사실 수정 발진기 회로의 설계는 매우 중요합니다.결국 수정 발진기는 단일 칩 마이크로 컴퓨터의 심장 박동입니다. 단일 칩 마이크로컴퓨터는 하트비트 신호 없이 어떻게 작동합니까? 또한 수정 발진기 회로의 설계는 USB-to-serial 회로에서도 사용되므로 수정 발진기의 작동 원리와 일부 설계 포인트를 모두에게 설명하는 데 시간을 할애할 계획입니다.
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위의 사진에서 볼 수 있듯이 실제로 이 철제 커버 아래에는 26Mhz 크리스탈을 포함하여 많은 것들이 통합되어 있습니다. 다만 캡슐화되어 있어서 안보일 뿐이지, 앞에서도 말했듯이 존재하지 않는 것은 아니겠죠, 하하. 공간 제한으로 인해 이 기사는 여기서 먼저 중단됩니다. 다음 기사에서는 수정 발진기의 시작 프로세스 분석과 릴레이 및 온도 센서와 같은 주변 회로 설계에 중점을 둘 것입니다.

참조
(브라우저에서 열려면 링크 복사)

① 수동 수정 발진기 시작 조건 및 작동 원리 http://m.elecfans.com/article/582154.html
②51개의 단일 칩 마이크로컴퓨터 수정 발진기 회로의 원리는 무엇입니까?
https://www.zhihu.com/question/30930577/answer/55822425
③ 3점 LC 정현파 발진회로에 대한 상세한 설명
https://blog.csdn.net/weixin_42415539/article/details/88540709
④커패시터 3점 발진회로의 파형문제
http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1090538-1-1.html#pid2904297
⑤3점 커패시터 발진 회로의 작동 원리
https://zhuanlan.zhihu.com/p/354627295
⑥단일칩 파워온 리셋시간 https://blog.csdn.net/zyboy2000/article/details/4673955
⑦ESP8266 문서 센터
https://docs.ai-thinker.com/esp8266/docs