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PXUA08QF48_硬件设计

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  • 已拥有了PXUA08QF48，且查阅PXUA08QF48_硬件使用
  • 已查阅了XU208-128-QF48-C10(后续简称XU208)的datasheet和参考设计
  • 已确认PXUA08QF48 USB Audio方案性能可满足导入项目产品中

XU208 datasheet 导读​

查看XU208-128-QF48-Datasheet_1.15，其描述的为XU208裸片（不含固件）的硬件特性。了解基本的硬件数据，电气特性。

基本特性​

  • 商用温度等级（0 °C to 70 °C）
  • QFN-48 封装
  • 170mA(3.3V & 1.0V)典型工作电流，500mW左右（固件运行）
  • I/O 驱动能力为4mA
  • 订购型号：XU208-128-QF48-C10； 丝印：U30870C10

电源​

根据datasheet的最小系统框图，XU208的需要两路电压供应，3V3和1V0, 其中3V3提供给I/O, USB , Flash等外设使用，1V0提供给XU208逻辑核心使用。

其两路电压时序要求为3V3先上电，稳定后，1V0后上电。

复位检测​

XU208需要外部有复位检测芯片，可以选择单独侦测 3V3或者1V0，以避免在电压不正常时，芯片无法复位来运行固件。

Flash​

XU208需要外置 Flash（SPI Flash或者QSPI Flash,类似MX25l4006e或者GD25Q16C，PXUA08QF48评估板使用的是SPI Flash），其主要是存储固件，所以项目得预先烧录固件方能使用。

类型管脚定义传输速度
SPI FlashSCLK, CS, IO0, IO1, WP, HOLD240Mbits/s
QSPI FlashSCLK, CS, IO0, IO1, IO2, IO3480Mbits/s
提示

PXUA08QF48使用的是SPI连接方式，推荐客户优先使用SPI Flash

使用QSPI Flash烧录器烧录需要配置QE=1，并且勾选写入配置进行烧录。以IS25LP016D型号FLASH为例，其QSPI烧录步骤如下截图：（区分于SPI Flash,SPI Flash不需要勾选写入配置，即截图步骤5勾选为空）

I/O 映射​

XU208的逻辑I/O接口的功能使用由固件定义，datasheet 无描述I/O 功能使用，需参考木瓜电子或者XMOS官方提供的的原理来选择使用特定的I/O map。

XU208芯片DATASHEET对I/O有详细说明。 其中9个1bit口包括1A~1D,1L~1P。

4bit口包括4B，4C,4D,4E以及4F口。

8bit口包括8D0~8D7，其中8D0~8D3与1bit口复用。

IO类型可通过XU208软件编程定义，用户无需过多研究。

时钟信号​

XU208外部需要24MHz有源晶振接入作为启动晶振，接入到CLK 引脚，而音频时钟44.1KHz 和48KHz采样率及其倍频采样率仍需要一个外部的45.1584MHz、48.152MHz音频时钟晶体接入作为音频主时钟使用。

原理图和PCB​

根据我司或者XMOS官方的提供的参考原理，结合XU208的datasheet最小系统。用户可以比较轻易完成XU208的最小系统设计，包含了电源，时钟，FLASH，JTAG等。

原理图设计​

下图为PXUA08QF48的原理框图：

从框图之中，可以简单列举为几个模块：usb接口、电源、复位电路，FLASH、时钟、JTAG以及其他通讯接口。下面进行简述。

usb与电源设计​

这里usb与电源合并一起讲，是因为XMOS有两种电源输入方式选择，对应的电路也略有不同。XMOS系统需要3.3V和1V电源提供，这两组电源可分为USB内部供电和外部电源供电。

  • USB内部供电：XMOS系统需要3.3V和1V电源是由USB 的5V电源VBUS分压得到，整个XMOS系统的供电来源都由USB;
  • 外部电源供电：即XMOS所需的两组电源由外部系统分压过来，而非USB。
信息

注意：USB一般电流的设计额定限度是500mA，超过该限额设备将无法正常枚举通讯，所以在设计时需要注意使用USB VBUS给系统其他模块供电是否会超过限额，如果超过该限额，建议系统其他模块使用外置电源。

XU208-128-QF48 Datasheet供电方式有如下框图说明：

其中3V3提供给XU208及其集成的部分的 I/O供电，1V0供应XU208核心及其集成组件的核心使用。

3V3 供应部分 3V3电压范围（3.135 ~ 3.465 V）

  • VDDIO (3V3) : Digital I/O power (left,right,top), VDDIOL,VDDIOR,VDDIOT
  • OTP_VCC (3V3) :pins for OTP
  • USB_VDD33 (3V3) : USB Analog power,analog supply to the USB-PHY

1V0 供应部分 1V0电压范围（0.95 ~ 1.05 V）

  • VDD pins (1V0)：Digital tile power ，for the core logic
  • PLL_AVDD (1V0) : Analog power for PLL, pins for the PLL
  • USB_VDD (1V0) : USB Digital tile power , supply to the USB-CORE

其电源设计如下

  • 3V3由5V DC-DC转换得到，3V3先稳定后，使能另一个DC-DC转换得到1V0 ; 形成 3V3先上电，1V0后上电的时序
  • 3V3和1V0分别供应相应的电源输入引脚，尽量保证每个电源输入引脚有个104的滤波电容，且这些电容在layout的时候，尽量靠近相应的电源引脚。
  • PLL_AVDD 需要一个高品质的电源，在PLL_AVDD引脚加入RC 低通滤波器，且在layout的时候，4R7电阻和104电容需要尽可能靠近PLL_AVDD引脚

复位电路​

关于芯片复位，XU208-128-QF48 Datasheet 文件有如下说明：

The device is kept in reset by driving RST_N low. When in reset, all GPIO pins have a pull-down enabled. When the device is taken out of reset by releasing RST_N the processor starts its internal reset process. After 15-150 µs (depending on the input clock) the processor boots.

简单来说即是，最小系统电源稳定之后，需要短时间低电平脉冲拉低芯片复位管脚，时间至少需要维持150us,然后再进行拉高，MCU进行复位操作。我司设计框图如下：

时钟设计​

XU208需要三个时钟输入:

  • 24MHz有源晶振是XU208的起振时钟，接XU208 CLK脚

  • 45.1584和49.152MHz晶振为音频晶振，为XU208提供时钟参考

XU208通过软件识别当前音频采样率来进行这两个晶振的使能切换，如当前音频采样率为32bit/44.1KHz，XU208使能441_ENABLE脚，以45.1584MHz时钟为参考，16分频产生2.8224MHz的I2S_BCLK和44.1KHz的I2S_LRCLK时钟，48KHz则对应49.152MHz时钟使能，当PC播放不同采样率音频时，XU208通过端口使能控制所需时钟的使能，从而达到同步切换时钟频率的效果。其设计思路如下框图：

FLASH​

在XU208的参考原理设计中，flash的连接方式有两种，SPI和QSPI，其中4B0~4B2决定当前启动方式为SPI还是QSPI，如图是datasheet的真值表说明

SPI Flash模式​

默认参考设计使用SPI FLASH连接方式，如下图XU208的4B0即X0D04脚上拉接3.3V

QSPI Flash模式​

QSPI与XU208的连接方式与SPI有细微差别,QSPI的CS_N，SCK脚的连接方式与SPI一样,QSPI的D0~D3脚分别与4B0~4B3脚位相连,4B0不需要上拉：

XTAG与其他接口​

XTAG​

XMOS的XTAG调试工具 为XMOS芯片专用调试和烧录工具，包含JTAG，复位，在线调试和烧录程序，还有高级调试，xtag对于XMOS芯片开发都必不可少的。

木瓜电子提供转接板主要是是为了减小XTAG的占用面积，建议用户在硬件设计的时候使用2x5 1.27mm的端子来代替XTAG的2X10 2.54mm的大端子，以减小PCBA面积和减少layout走线。

转接原理如下图

其实物如下图，用户需要自行焊接转接板的端子，并且遵循其搭建过程

其他接口​

其他接口如I2S,I2C,UART,SPDIF,MIDI等需要与我司技术进行定义，优先使用1bit口，如1E、1F，1M；4 bit口尽量用于同个功能定义，如4D驱动4个LED.

其他注意事项​

  • 关于XMOS最小系统的阻容设计，必须根据木瓜电子提供的参考设计进行设计，阻容值不能随意更改，客户在设计及贴板时务必检查清楚。特别需要注意的是4.7Ω，43.2Ω不能随意更改。

  • 用户将电路板交给木瓜电子调试软件之前，需要对硬件做初步检查

  • 确认5V/3.3V/1V电源是否正常，是否短路在所有电源检测正常的情况下，木瓜电子会提供一个flash烧录固件，首次烧录flash固件，用户需准备flash编程器，(可在淘宝搜索“硕飞编程器 SP8-B专业版”，其他型号烧录器需要支持硬件所使用的FALSH烧写)。 用户烧入固件后，用USB连接PC或者其他系统，查看USB设备是否枚举正常。

  • 用户烧入固件以后如果发现USB设备无法正常枚举，需要做以下检查

    检查表 Check List​

  1. 24M时钟晶振起振是否正常
  2. 如果采用SPI的连接方式，首先检查XU208 12脚位（X0D04）电压是否正常
  3. 检查XU208的USB_VBUS脚位5V电压是否正常
  4. 检查USB_DP,USB_DN与XU208是否接反
  5. 检查XU208 PLL_AVDD脚位电压是否正常
  6. 检查XU208 USB_RIUNE脚位是否接地
  7. 检查XU208 RST复位引脚是否被拉住（低电平复位）
  8. 检查阻容器件焊接以及阻容值对否正确（特别注意43.2Ω，4.7Ω，1nf）
  9. 检查49pin是否接地

服务​

XU208的硬件设计用户需要自行完成，结合木瓜电子提供的参考原理图设计（PXUA08QF48评估板）， datasheet文档完成设计。

木瓜电子可以提供XU208-128-QF48-C10 , 麦克风和Codec芯片供应服务。