Hi3518 硬件设计
用户指南
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发布日期 2012-08-15
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用户指南 前 言
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前 言
概述
本文档主要介绍 Hi3518 芯片
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
的硬件原理图设计、PCB 设计、单板热设计建议等。
本文档提供 Hi3518 芯片的硬件设计方法。
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Hi3518 芯片 V100
读者对象
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z 单板硬件开发工程师
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用户指南 目 录
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目 录
前 言 ................................................................................................................................................ iii
1 原理图设计建议........................................................................................................................... 1-1
1.1 小系统设计建议 .......................................................................................................................................... 1-1
1.1.1 Clocking 电路 ...................................................................................................................................... 1-1
1.1.2 复位和 Watchdog 电路....................................................................................................................... 1-1
1.1.3 JTAG Debug 接口 ............................................................................................................................... 1-2
1.1.4 Hi3518 硬件初始化系统配置电路 ..................................................................................................... 1-3
1.1.5 DDR 电路设计 .................................................................................................................................... 1-5
1.1.6 Flash 原理图设计 ................................................................................................................................ 1-7
1.2 电源设计建议 .............................................................................................................................................. 1-8
1.2.1 CORE 电源设计 .................................................................................................................................. 1-8
1.2.2 IO 电源设计 ........................................................................................................................................ 1-9
1.2.3 DDR 电源设计 .................................................................................................................................... 1-9
1.2.4 PLL 电源设计 ................................................................................................................................... 1-10
1.2.5 注意事项 .......................................................................................................................................... 1-10
1.3 外围接口设计建议 .................................................................................................................................... 1-11
1.3.1 USB 接口 ........................................................................................................................................... 1-11
1.3.2 MAC 接口 ......................................................................................................................................... 1-11
1.3.3 音视频接口 ...................................................................................................................................... 1-14
1.4 未使用管脚处理 ........................................................................................................................................ 1-15
1.5 Sensor 板设计 ............................................................................................................................................. 1-15
2 PCB 设计建议 ............................................................................................................................... 2-1
2.1 小系统 PCB 设计建议 ................................................................................................................................ 2-1
2.1.1 小系统电源 ........................................................................................................................................ 2-1
2.1.2 时钟和复位电路 ................................................................................................................................. 2-1
2.1.3 DDR 信号设计 .................................................................................................................................... 2-2
2.1.4 Flash 设计 ............................................................................................................................................ 2-3
2.2 典型外围接口 PCB 设计建议 .................................................................................................................... 2-4
2.2.1 USB 接口设计 ..................................................................................................................................... 2-4
2.2.2 网口设计 ............................................................................................................................................ 2-5
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2.2.3 音视频电路设计 ................................................................................................................................. 2-6
2.2.4 其它 .................................................................................................................................................... 2-7
3 热设计建议 ................................................................................................................................... 3-1
3.1 工作条件 ...................................................................................................................................................... 3-1
3.2 电路热设计参考 .......................................................................................................................................... 3-2
3.2.1 原理图 ................................................................................................................................................ 3-2
3.2.2 PCB ...................................................................................................................................................... 3-2
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插图目录
图 1-1 晶体振荡电路 ........................................................................................................................................ 1-1
图 1-2 外部复位和 Watchdog 典型设计电路 ................................................................................................... 1-2
图 1-3 JTAG 连接方式及标准连接器管脚定义 ............................................................................................... 1-3
图 1-4 Hi3518 与 DDR3 的拓扑结构图 ............................................................................................................ 1-5
图 1-5 Hi3518 与 DDR2 的拓扑结构图 ............................................................................................................ 1-6
图 1-6 DDR3 应用中,差分时钟 DDR_CLK_N、DDR_CLK_P 一驱一应用 ............................................... 1-7
图 1-7 DDR2 和 DDR3 应用中,地址信号一驱一应用 .................................................................................. 1-7
图 1-8 DDR3 电源分压网络参考设计图(颗粒端) .................................................................................... 1-10
图 1-9 MII 模式下的信号连接图(时钟由 Hi3518 提供) ........................................................................... 1-12
图 1-10 MII 模式下的信号连接图(时钟由外部提供) ............................................................................... 1-12
图 1-11 RMII 模式下的信号连接图(时钟由 Hi3518 提供) ...................................................................... 1-13
图 1-12 RMII 模式下的信号连接图(时钟由外部提供) ............................................................................ 1-14
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格目录
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表格目录
表 1-1 JTAG Debug 接口信号 ........................................................................................................................... 1-2
表 1-2 TEST_MODE 模式说明 ......................................................................................................................... 1-3
表 1-3 信号描述 ................................................................................................................................................ 1-3
表 1-4 单片 SPI Flash 匹配设计推荐 ............................................................................................................... 1-8
表 1-5 单片 NAND Flash 匹配设计推荐.......................................................................................................... 1-8
表 3-1 Hi3518A 工作环境参数 .......................................................................................................................... 3-1
表 3-2 Hi3518C 工作环境参数 .......................................................................................................................... 3-2
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用户指南 1 原理图设计建议
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1 原理图设计建议
1.1 小系统设计建议
1.1.1 Clocking电路
通过芯片内部的反馈电路与外部的 24MHz 晶体振荡电路一起构成系统时钟。
推荐晶振连接方式及器件参数如图 1-1 所示。
图1-1 晶体振荡电路
Hi3518
XIN XOUT
24MHz
27pF27pF
1M
另外,系统时钟还可以直接由外部的时钟电路产生时钟,通过 XIN 脚输入。
1.1.2 复位和Watchdog电路
Hi3518 可通过判断 POR_SEL 管脚在上电时的状态选择内部复位或外部复位。
z 当 POR_SEL 为低电平时,选择内部复位,主芯片上电后由内部 POR(Power on
Reset)电路对整个芯片进行复位(复位脉冲宽度约为 140ms),此时 RSTN 管脚无
效;
z 当 POR_SEL 为高电平时,选择外部复位,此时 RSTN 管脚为复位信号输入管
脚,要求的复位有效信号为低电平脉冲,脉冲宽度大于 12 个 XIN 管脚输入的时
钟周期(一般复位脉冲宽度为 100ms~300ms)。
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用户指南 1 原理图设计建议
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板级设计时,若选择外部复位,为了系统稳定,建议采用专用的复位芯片产生复位信
号。
系统异常时,可以通过 WDG_RSTN 管脚产生低电平脉冲,该脉冲触发外部的复位芯
片产生复位信号,但是 WDG_RSTN 不能直连至 RSTN 管脚。
需要注意的是,WDG_RSTN 管脚为 OD 输出,必须外置上拉电阻,推荐电阻值为 4.7k
Ω。
外部复位和 Watchdog 典型设计电路如图 1-2 所示。
图1-2 外部复位和Watchdog典型设计电路
Hi3518
RSTN
WDG_RSTN
RSTIC
4.7k
1k
160ms
+3.3V
1.1.3 JTAG Debug接口
Hi3518 JTAG 接口符合 IEEE1149.1 标准。PC 可通过此接口连接 Realview-ICE 仿真
器,调试 A9 CPU。JTAG Debug 接口信号描述如表 1-1 所示。
表1-1 JTAG Debug接口信号
信号名 信号描述
TCK JTAG 时钟输入,芯片内部下拉。建议单板下拉。
TDI JTAG 数据输入,芯片内部上拉。建议单板上拉。
TMS JTAG 模式选择输入,芯片内部上拉。建议单板上拉。
TRSTN JTAG 复位输入,芯片内部下拉。正常工作建议单板下拉。如果
通过 JTAG 口连接 Realview-ICE 等调试器,建议单板上拉。
TDO JTAG 数据输出。建议单板上拉。
单板上拉电阻、下拉电阻的阻值如图 1-3 所示。
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用户指南 1 原理图设计建议
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Hi3518 可以通过 TEST_MODE 管脚选择正常和测试两种工作模式,具体说明如表 1-2
所示。
表1-2 TEST_MODE模式说明
TEST_MODE 模式说明
0 Hi3518 正常工作模式。
1 Hi3518 处于测试模式,此时可进行芯片 DFT 测试。
JTAG 连接方式及标准连接器管脚定义如图 1-3 所示。
图1-3 JTAG连接方式及标准连接器管脚定义
Hi3518
TCK
TMS
TRSTN
FUNSEL0
TDO
TESTMODE0
TDI
TCK
TMS
TRST
TDO
TDI
JTAG
+3.3V
4.7k4.7k4.7k
1k10k
1.1.4 Hi3518硬件初始化系统配置电路
Hi3518A 支持 SPI Flash、NAND Flash 两种种启动模式,支持多种 NAND Flash 规格。
Hi3518C 仅支持 SPI Flash 启动模式。Hi3518 硬件初始化的过程中需要根据不同的需求
进行硬件配置。单板上通过上、下拉电阻实现。硬件配置信号描述如下表 1-3 所示。
表1-3 信号描述
信号名 方向 说明
JTAG_EN I JTAG debug 选择。
0:Disable JTAG;
1:Enable JTAG。
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用户指南 1 原理图设计建议
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信号名 方向 说明
BOOT_SEL I 启动模式选择。
0:SPI FLASH;
1:NAND FLASH。
注意:Hi3518C 必须将 BOOT_SEL 选择为 0;因为
它没有 NAND FLASH 启动模式。
NF_BOOT_PIN[4:0] I NAND 类型选择。
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pages
00011:Page size 2k Bytes; ECC 4 bit;Block size:64
pages
00101:Page size 2k Bytes; ECC 24 bit;Block size:64
pages
00110:Page size 2k Bytes; ECC 1 bit;Block size:64
pages
01000:Page size 4k Bytes; ECC 4 bit;Block size:128
pages
01001:Page size 4k Bytes; ECC 4 bit;Block size:64
pages
01010:Page size 2k Bytes; ECC 4 bit;Block size:64
pages
01011:Page size 4k Bytes; ECC 24 bit;Block size:128
pages
01101:Page size 8k Bytes; ECC 24 bit;Block size:128
pages
10000:Page size 8k Bytes; ECC 24 bit;Block size:64
pages
10001:Page size 4k Bytes; ECC 24 bit;Block size:64
pages
10011:Page size 4k Bytes; ECC 1 bit;Block size:64
pages
10101:Page size 2k Bytes; ECC 4 bit;Block size:128
pages
11001:Page size 2k Bytes; ECC 24 bit;Block size:128
pages
SFC_ADDR_MODE I SFC 地址长度选择。
0:3 Byte;
1:4 Byte。
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1.1.5 DDR电路设计
1.1.5.1 接口介绍
DDRC 接口支持 DDR2,接口电平标准为 SSTL-18,也支持 DDR3 标准接口,接口电
平标准为 SSTL-15。
Hi3518 DDRC 有如下特点:
z 提供 1 个 DDRC 接口;Hi3518A DDRC 具备 1 个 DDRn SDRAM 片选,Hi3518C
无片选信号;支持数据总线位宽为 16bit/8bit;Hi3518A 地址总线位宽为 14bit,
Hi3518C 则为 13bit。
z DDR2 时,DDRC 接口支持:16bit DDR2,器件最大容量 Hi3518A 为 2Gb
=256MB,Hi3518C 为 1Gb=128MB;DDR 时钟频率:300MHz -440MHz。
z DDR3 时,DDRC 接口支持:16bit DDR3,器件最大容量 Hi3518A 为 2Gb
=256MB,Hi3518C 为 1Gb=128MB;DDR 时钟频率:300MHz -440MHz。
1.1.5.2 DDR拓扑结构
Hi3518 典型外接 DDR3 SDRAM 拓扑结构如图 1-4 所示。典型外接 DDR2 SDRAM 拓
扑结构如图 1-5 所示。以单个 DDRC 接口为例。
图1-4 Hi3518与DDR3的拓扑结构图
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图1-5 Hi3518与DDR2的拓扑结构图
1.1.5.3 匹配方式设计建议
DQ、DQS双向信号
Hi3518 DDR 应用中 DQ、DQS_P/DQS_N 信号都是点对点拓扑:
z 外接 DDR2 时:
− 写数据(即 Hi3518 输出,下同)时,DQ 和 DQS 信号直连,Hi3518 芯片端输出
阻抗为 40 Ω,DDR 端开启 75Ω ODT;
− 读数据(即 Hi3518 输入,下同)时,DQ 和 DQS 信号直连,DDR 端输出阻抗为
40 Ω,Hi3518 端开启 75Ω ODT;
z 外接 DDR3 时:
− 写数据时,DQ 和 DQS 信号直连,Hi3518 芯片端输出阻抗为 34 Ω,DDR 端开
启 60Ω ODT;
− 读数据时,DQ 和 DQS 信号直连,DDR 端输出阻抗为 34Ω,Hi3518 芯片端开
启 60Ω阻抗。
差分时钟
Hi3518 DDR 应用中差分时钟 DDR_CLK_N、DDR_CLK_P 信号应用如下:
对于 CLK 信号,DDR2 和 DDR3 的处理方式相同。在单负载情况下,负载端时钟信号
的 N/P 通过 1 个 200Ω串联电阻进行跨接,如图 1-6 所示。
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图1-6 DDR3应用中,差分时钟DDR_CLK_N、DDR_CLK_P一驱一应用
地址信号
DDR3 和 DDR2 的地址信号的处理方式相同(以 16bit 为宽为例)。
Hi3518 端加 33Ω串阻,如图 1-7 所示。
图1-7 DDR2和DDR3应用中,地址信号一驱一应用
控制信号
Hi3518 DDR2 和 DDR3 应用中控制信号都是点对点拓扑,直连即可。
数据掩码信号
Hi3518 DDR3 和 DDR2 应用中 DM 信号都是点对点拓扑,直连即可。
1.1.6 Flash原理图设计
1.1.6.1 接口介绍
z 外接单片 SPI Flash,最大支持 32MB,时钟 56MHz
z 外接 NAND Flash,最大支持 512GB
z 支持 MLC 和 SLC 的 NAND FLASH,ECC 支持 1、4、8、24bit。
z Hi3518A 的 NFC(NAND Flash Controller)有两个 CS 信号,用于兼容两个 CS 引
脚的器件或者两个 Flash 器件的应用。如果 Hi3518A 选择从 NAND Flash 进行
boot,则该 NAND Flash 的片选需要接到 Hi3518A 的 NF_CSN0 上。
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z Hi3518C 不支持 NAND FLASH。
1.1.6.2 信号处理
SPI Flash匹配设计
外接单片 SPI Flash 时,SPI Flash 匹配设计推荐如表 1-4 所示。
表1-4 单片 SPI Flash匹配设计推荐
信号 4层板 PCB设计 6层板 PCB设计
SFC_CLK Hi3518 端串接 33Ω电阻 Hi3518 端串接 33Ω电阻
SFC_DIO/SFC_DOI
/SFC_WP/SFC_HOLD
直接相连 直接相连
NAND Flash匹配设计
NAND Flash 接口支持 8bit 位宽的 SLC 和 MLC 的 NAND Flash 器件。
外接单片 NAND Flash 时,匹配设计推荐如表 1-5 所示。
表1-5 单片NAND Flash匹配设计推荐
信号 4层板 PCB设计 6层板 PCB设计
NF_WEN/NF_REN Hi3518 端串接 33Ω电阻 Hi3518 端串接 33Ω电阻
DQ[0:7]
/NF_ALE/NF_CLE
直接相连 直接相连
1.2 电源设计建议
系统电源的设计,详细请参见 Hi3518A/Hi3518C DEMB 板原理图。
1.2.1 CORE电源设计
CORE 电源(管脚名 DVDD12):连接数字 1.2V 电源。DVDD12 的设计,电源芯片的
选型上,要求其供电能力不少于 2A,更详细的数据 TBD。在 DVDD12 上至少放置 1
个 10μF 对地滤波旁路电容,每个 DVDD12 管脚处至少放置一个 100nF 去耦电容,并
紧靠供电管脚摆放。
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1.2.2 IO电源设计
IO 电源(管脚名 DVDD33):连接数字 3.3V 电源。DVDD33 的最大电流 TBD,建议
电源按照 30%的降额进行设计。在 DVDD33 上至少放置 1 个 10μF 对地滤波旁路电
容,每个 DVDD33 管脚处放置 100nF 去耦电容。并紧靠供电管脚摆放。
VI 接口电源(管脚名 DVDD3318):Hi3518 Sensor CLK、VI 部分和 SPI0 部分的 IO 电
源可以同时支持 1.8V 和 3.3V,用以兼容不同厂家 Sensor 的 IO 电平标准。DVDD3318
的最大电流 TBD,其管脚处至少放置 100nF 去耦电容,并紧靠供电管脚摆放。
1.2.3 DDR电源设计
Hi3518 DDRC 及接口符合 DDR3 SSTL-15/SSTL-18 电平标准,电源需要 1.5V/1.8V,参
考电压 Vref 需要 0.75V/0.9V。必须把 Hi3518 的 1.5V/1.8V 电源与 DDR 颗粒的
1.5V/1.8V 电源统一。
DDR 电源(管脚名 DDR_VDDQ):连接数字 1.5V 或者 1.8V 电源。DDR_VDDQ(不
包含 DDR 颗粒)的最大电流(单个 DDR 控制器接口)300mA,建议电源按照 30%的降
额进行设计,建议与所有对接的 DDR 颗粒采用同一电源设计。
在每个电源管脚处放置一个 100nF 的陶瓷滤波电容,并紧靠供电管脚摆放;整个
DDR3 SDRAM 功能单元供电电源至少有一个 10μF 的对地滤波电容。
建议单板上采用单独的 DC-DC 或者 LDO 电路为 DDR3/DDR2 颗粒和 Hi3518 DDRC
1.5V/1.8V 电源管脚供电。通过 1kΩ电阻(精度±1%)分压为 DDR3/DDR2
(0.75V/0.9V)颗粒的 Vref 和 Hi3518 DDRC 参考电源管脚 Vref 供电,每个电源管脚和
参考电源管脚旁边放 1 个 0.1uF 的去耦电容。
DDR3 电源分压网络参考设计如图 1-8 所示。DDR2 电源分压网络设计和图 1-8 类似,
不同的是电源电压变为 1.8V。注意 VREFCA 与 VREFDQ 需独立供电。 Dr
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图1-8 DDR3电源分压网络参考设计图(颗粒端)
1.2.4 PLL电源设计
建议 PLL 电源利用磁珠进行隔离设计,具体电路设计请参考 Hi3518A DMEB 板原理
图。
1.2.5 注意事项
电源设计的其他注意事项如下:
z 各模块电源的要求请参考芯片手册中的电性能参数,保证电源输出电压加上纹波
噪声仍然满足芯片的需求。
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1.3 外围接口设计建议
1.3.1 USB接口
USB电源设计建议
模拟电源 AVDD33_USB 要求与数字电源隔离,推荐采用平面方式,以减小寄生效
应、耦合噪声和供电阻抗,并在芯片邻近管脚摆放的滤波电容。
数字电源和地 DVDD12_USB/DVSS_USB 也应避免受干扰,尽量使用短而宽的走线。
USB保护电路设计建议
为了满足 ESD 保护等要求,在电路设计时需要考虑在 USB 电路上设计保护电路。为
了避免保护器件对 USB 走线信号造成影响,并能够达到良好的保护效果,建议 PCB
设计时采用如下原则:
z 保护器件建议紧靠 USB 连接器端口放置。
z 保护器件建议选用低寄生电容的 TVS 管保护器件,击穿电压 8kV,相应时间小于
1ns。
z 建议 USB2.0 高速端口保护器件的寄生电容小于 1pF。
1.3.2 MAC接口
MAC接口设计
Hi3518 的 MAC 支持 RMII 和 MII 模式。两种模式的信号连接如图 1-9、图 1-10、图 1-
11 和图 1-12 所示。 Dr
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图1-9 MII模式下的信号连接图(时钟由Hi3518提供)
EPHY_CLK
Hi3518
MII_RXCK
MII_RXD0
MII_RXD1
MII_RXD2
MII_RXD3
MII_RXDV
MII_TXCK/RMII_CLK
MII_TXD0
MII_TXD1
MII_TXD2
MII_TXD3
MII_TXEN
MII_CRS
MII_COL
MDIO
MDCK
LAN8740
CLKIN
RXCLK
RXD0
RXD1
RXD2
RXD3
RXDV
TXCK
TXD0
TXD1
TXD2
TXD3
TXEN
CRS
COL/CRS_DV
MDIO
MDCK
RXERMII_RXER
MII_TXER
25MHz
TXER
图1-10 MII模式下的信号连接图(时钟由外部提供)
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Hi3518 硬件设计
用户指南 1 原理图设计建议
文档版本 00B01 (2012-08-15) 海思专有和保密信息 版权所有 © 深圳市海思半导体有限公司 1-13
图1-11 RMII模式下的信号连接图(时钟由Hi3518提供)
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用户指南 1 原理图设计建议
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图1-12 RMII模式下的信号连接图(时钟由外部提供)
MAC 所有信号为点对点拓扑结构(示例对接芯片为 LAN8740A)。建议 PCB 走线控制
在 6inch 以内。电阻匹配设计建议如下:
z MDIO 需要接上拉电阻,电阻值为 4.7kΩ。
z TXD0~TXD3 信号和 Hi3518 端直连即可。
z MII 模式下,TXCK 信号在对接芯片端(即网口 PHY)端要串联 33Ω电阻。RMII
模式下,TXCK 复用为 RMII_CLK,需要在 Hi3518 端串联 33Ω电阻。
z RXD0~RXD3 信号和 Hi3518 端直连即可。
z RXCK 信号在对接芯片端(即网口 PHY)串联 33Ω电阻。
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1.3.3 音视频接口
模拟 DAC接口设计
Hi3518A 提供一组 Video DAC。Hi3518C 没有 Video DAC。
z Video DAC 的 VDAC_IOUT 作为 CVBS 信号的输出,在设计中,注意阻抗的匹
配;注意:VDAC_IOUT 管脚在设计上需要外接 75Ω电阻到地;详细设计请参见
Hi3518A DEMB 板原理图。
z 给 Video DAC 供电的 3.3V 电源注意与系统 3.3V 隔离并确保模拟 DAC 的 3.3V 电
源管脚有足够的滤波电容,详细设计请参见 Hi3518A DEMB 板原理图。
VI接口设计
在物理接口上,Hi3518 只有 1 个 VI(Vedio input)接口。
z VI0 支持视频 RAW DATA 数据输入,位宽最高 12bit,接口频率可达 74.25MHz。
z 对于 12bit 的 sensor,Raw data 按照顺序对接 Hi3518 芯片 VI0 接口即可(即 D0-
D11)。
z 对于 10bit 的 sensor,Raw data 按照顺序对接 Hi3518 芯片 VI0 接口的任意 10bit,
推荐接 D2-D11。不使用的引脚推荐接一个 4.7kΩ的电阻到地。
VO接口设计
在物理接口上,Hi3518 只有 1 个 VO(Vedio ouput)接口。
z VOU 接口作为 BT1120 输出,位宽 16bit,接口频率可达到 74.25MHz;
z VOU 接口没有外部行场同步信号,仅支持内同步。
z VOU 和 ETH 接口信号是复用的。如果使用 ETH 接口,则不能使用 VOU 接口;
z 对于 BT1120 信号,高 8bit 是 Y(亮度)信号,低 8bit 是 C(色度)信号。
1.4 未使用管脚处理
未使用管脚处理建议如下:
z 如果该引脚可以配置成 GPIO 功能,需要将该引脚设定为输出引脚,外部不需要
处理。
z 如果该引脚无法配置成 GPIO 功能,那需要将该引脚外接下拉电阻到地,阻值
4.7kΩ。
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