迅为i.MX6ULL开发板原理图分析介绍

 

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i.MX6ULL开发板是北京迅为电子推出的一款Cortex-A7架构的开发板。采用核心板+底板的方式，底板尺寸190mm*125mm，核心板尺寸42*38mm。

 

 

 

 

1 核心板接口

I.MX6ULL 终结者开发板采用核心板+底板的方式，核心板与底板硬件连接形式上采用的是邮票孔的方式，相比起连接器的方式此种方式具有连接性稳定，抗震动等优点。底板上相应的原理图如下图所示：

 

从上图我们可以看到邮票孔的封装一共引出了 146 个引脚，其中 i.MX6ULL 引出了 120 个 IO，另外还有电源，GND。考虑到信号完成性的要求，连接器上引出了尽可能多的 GND。

 

1.3.2 启动方式原理部分

I.MX6ULL 支持很多种启动方式，我们可以通过设置与启动方式有关的 IO 状态来选择启动方式，具体的原理如下图所示：

 

 

 

 

从上图我们可以看到，启动方式的 IO 中大多数的 IO 都是通过电阻下拉了，只有 8 位 IO 可以通过一个 8 位的拨码开关来选择对应的状态。具体的启动方式设置我们整理成了下面表格（关于启动方式更详细的说明， 大家可以参考下 5.1 章节）：

 

 

1.3.3 系统电源接口

I.MX6ULL 开发板的电源供电部分原理如下图所示：

 

 

 

 

 

从上图我们可以看到电源部分使用了一个 DCDC 的电源芯片 U24，外部输入电源首先从 JACK1 输入，经过防反接二极管 D7 到达电源开关（J1），当我们按下电源开关（J1）的时候，电源会到达电源芯片（U24） 的输入端，最终经过电源芯片会输出 5V 的电源给系统供电。由于我们使用的电源芯片 U24 是个宽电压芯片，允许输入的电压是 5V~16V 直流电源，所以我们可以很方便的就能找到一个与之匹配的电源适配器来使用，采用宽压电源芯片的优点是如果错接了 12V 的电源，板子也不会因为输入电压过高，而导致器件损坏（默认我们提供 5V 的电源适配器）。

 

1.3.4 复位电路

i.MX6ULL 终结者开发板的复位原理如下图所示：

 

从上图我们可以看到开发板是低电平产生复位。i.MX6ULL 终结者开发板通过专用的复位芯片来实现系统的复位。因为我们真正做产品的时候，有可能我们产品工作在环境非常恶略的环境下，比如电磁干扰之类的，复位引脚有可能在受到干扰的情况下，会发生瞬间的复位信号，如果这个信号直接接到处理器的复位引脚，处理器收到这个复位信号可能就会执行复位了，可是实际上我们并没有要求系统复位。因此我们可以使用专门的复位芯片，它能够排除瞬间的干扰，又可以防止系统在启动和关闭期间的误操作，保证系统的稳定。所以我们的终结者开发板不仅仅是一款学习板，而且也可以拿来作为参考，设计真真正的产品。

 

 

 

 

1.3.5 纽扣电池电路

i.MX6ULL 终结者开发板的纽扣电池用来给 i.MX6ULL 的 SNVS 模块供电，保证在系统电源断电的情况下给SNVS 模块提供持续的电源，原理图如下图所示：

 

 

 

在上图中 VDD_COIN_3V 是连接到核心板的，最终给 i.MX6ULL 的 SNVS 模块供电，DCDC_3.3V 和纽扣电池（BAT1）同事给 VDD_COIN_3V 提供电源。DCDC_3.3V 是系统电源 5V 转换出来的，当系统电源断开以后，DCDC_3.3V 电源就会停止输出，此时纽扣电池会继续给 VDD_COIN_3V 提供持续的电源，最终使得 i.MX6ULL的 SNVS 模块有 3V 的电源，从而使得 RTC 时钟模块继续运行（RTC 时钟买模块属于 SNVS 模块）。

 

1.3.6 CAN 接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了两路 CAN 接口，原理图如下图所示：

 

CAN1 原理图

 

 

CAN2 原理图

 

 

 

i.MX6ULL 处理器芯片内部集成了两路 CAN 控制器，我们在底板上通过两个 CAN 的协议转换芯片（TJA1040T）分别引出了两路标准的 CAN 接口（H,L），其中 R1031 和 R1032 分别是两路 CAN 的终端匹配电阻。另外我们分别在两路 CAN 的数据线上加了 TVS 保护器件（D77，D78，D79，D80），使其能够达到抗静电的效果。

 

 

 

1.3.7 RS485/TTL 串口选择电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 RS485 接口，该 485 接口和 UART3 是复用的，因此我们增加了一个 RS485和 UART3 的选择接口，原理图如下图所示：

 

 

 

从上图我们可以看到这个选择接口是用一个 2x3 的排针引出的，通过跳线帽可以选择是使用 RS485，还是使用 TTL 串口功能。例如，我们使用 RS485 功能，可以把上图中的 1 和 3、2 和 4 分别通过跳线帽短接起来；如果我们使用 TTL 串口功能，我们需要把 3 和 5、4 和 6 分别通过跳线帽短接起来。

 

1.3.8 GPIO 接口电路

为了便于功能扩展，i.MX6ULL 终结者开发板通过一个 20pin 的排座，引出了一个 GPIO 扩展接口，原理如下图所示：

 

 

 

从上图可以看出该接口引出了两路 ADC，一路 SPI，一路 TTL 串口，一路 I2C。5 个 GPIO。通过这些接口我们可以很容易的扩展其他外设。

 

 

1.3.9 RS485 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 RS485 接口，原理图如下图所示：

 

 

从上图我们可以看到 RS485 实际上是串口通过一个 485 协议转换芯片（SP3485EN）转换出来的，由于SP3485EN 这个芯片是半双工的（收发不能同时进行），所以需要一个收发方向的控制引脚（SP3485EN 芯片的 2、3 引脚），一般这两个收发方向控制的引脚会连接到 CPU 处理器，软件除了要操作串口的收发，还需要控制这两个引脚的状态，这样会增加软件的工作量。为了减少软件的工作量，我们的原理设计使用的是自收发的控制，参照我们的原理设计，我们的软件只需要实现串口的收发功能就可以，而不用去考虑设置SP3485EN 的收发控制引脚的状态了。为了提高 485 接口的抗静电能力，我们在 485 的数据总线上加了 TVS静电保护（D55，D76）电路。

1.3.10 USB 转串口电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 USB 串口，原理图如下图所示：

 

 

 

 

USB 转串口我们使用的是 CH340G 芯片，该芯片是由南京沁恒微电子研发生产的一款国产芯片。CH340G的工作电压支持 3.3V、5V，甚至是 3V，从上图可以看到我们给 CH340G 的电压是 5V，并且是 Mini USB 接口提供的 5V 电源，与开发板上的电源是独立的，只要我们接上 USB 线 CH340G 就会上电。USB 转串口最终通过一个 Mini USB 座子（J49）引出。

 

1.3.11 LED 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了两个 LED 发光二极管，原理图如下图所示：

 

 

其中上面的 LED1 是系统电源指示灯。LED2 是用户 LED 灯，正极通过 510 欧的电阻连接到 3.3V 电源上，负极连接到 i.MX6ULL 的 GPIO_IO03 引脚上。

 

1.3.12 按键电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个输入按键，原理如下图所示：

 

 

 

按键 KEY0 作为普通那件输入，一端接在 GND 上，另一端连接在 i.MX6ULL 的 UART1_CTS 引脚上，并且通过一个 10K 的电阻上拉到 3.3V。默认情况下 UART1_CTS 的引脚是高电平状态，按下按键的时候，UART1_CTS引脚和 GND 直接连在一起，电平就会变成低。

1.3.13 蜂鸣器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个有源蜂鸣器，原理如下图所示：

 

 

 

蜂鸣器有两种：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部自带了震荡电路，只需要接上电源，就会震荡发声；无源蜂鸣器需要外接一个定频（2~5KHz）的驱动信号，才会发声。为了电路设计简单，方便大家使用，我们使用的是有源蜂鸣器。蜂鸣器的开关通过控制三极管的通断来实现，我们使用 i.MX6ULL 的SNVS_TAMPER1 这个 IO 来控制三极管的通断。

1.3.14 TF 卡电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 TF 卡接口，原理如下吐所示：

 

 

开发板采用标准的 TF 卡插座，采用 USDHC 驱动，SD1_DATA0、SD1_DATA1、SD1_DATA2、SD1_DATA3是 4 位数据总线，分别连接到 i.MX6ULL 的 SD1_DATA0~SD1_DATA03 引脚上面。SD1_CMD 和 SD1_CLK 分别是 USDHC 的命令和时钟线，分别接到了 i.MX6ULL 的 SD1_CMD 和 SD1_CLK 引脚上了。SD1_CD 是 TF 卡的插拔检测引脚，通过该引脚状态可以检测是不是有 TF 卡连接。

1.3.15 EEPROM 电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 EEPROM 存储芯片，原理如下图所示：

 

 

EEPROM 存储芯片我们使用的是 AT24C02 芯片，该芯片的容量是 2K bit，它与 i.MX6ULL 通过 I2C 总线进行通信。

1.3.16 音频电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个音频编解码芯片 WM8960，原理如下图所示：

 

 

 

WM8960 是一款低功耗、立体声编解码芯片，内部集成了 24 位高性能的 DAC/ADC，并且支持 3D 音效等功能。采用 D 类扬声器驱动器，为 8Ω负载提供每通道 1W 功率。集成完整的麦克风接口和立体声耳机驱动器。由于无需单独的麦克风、扬声器或耳机放大器，因此显著降低了外部元件的需求。 高级片上数字信号处理功能为麦克风或线路输入执行自动电平控制。

图中的 WM8960 的 SPK+和 SPK-分别通过两组排针引出，方便用户连接 8Ω 1W 的喇叭。J16（Mic In） 是通过 3.5mm 的耳机接口实现立体声录音。J17（SPEAKER）是 3.5mm 的耳机接口，用来实现音频的输出。

WM8960 芯片与 i.MX6ULL 通过 SAI 接口连接，图中的 SAI2_MCLK、SAI2_BCLK、SAI2_SYNC、SAI2_TXD、

SAI2_RXD 分别接在 i.MX6ULL 的 JTAG_TMS、JTAG_TDI、JTAG_TDO、JTAG_TRST、JTAG_TCK 引脚上。

WM8960 还通过 I2C 连接到 i.MX6ULL 的 I2C2 总线上了，在使用 WM8960 之前，我们需要通过这个 I2C 接口对他进行配置。

1.3.17 RGB 屏幕电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 RGB 屏幕接口，如下图所示：

 

 

 

上图中 CN1 是 RGB 的屏幕接口，通过一个 40pin 的 FPC 座子引出，同时也支持触摸屏。该接口仅支持 RGB 接口的屏幕，目前迅为电子的 RGB 接口屏幕有 4.3 寸（480*272），5 寸（800*600），7 寸（1024*600）。

上图中的 BLT_PWM 是控制屏幕背光的引脚，他连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO08 引脚。SNVS_TAMPER9 是控制触摸芯片复位的，它连接到了 i.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER9 引脚上面。GPIO_9 是触摸的中断引脚，它连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO09 引脚上面。I2C2_SDA 和 I2C2_SCL 是用于和触摸芯片通信的，他们分别连到了 i.MX6ULL 的 UART5_RX_DATA 和 UART5_TX_DATA 的引脚上面。

 

 

1.3.18 LVDS 屏幕接口

I.MX6ULL 开发板板载了两种不同接口形式的 LVDS 接口，原理如下图所示：

 

 

 

 

 

 

从上图我们可以看到 LVDS 接口是 RGB 信号通过芯片 GM8285C（U13）转换出来的，GM8285C 最大支持将28 位并行数据转换为 4 对串行 LVDS 差分信号，同时并行输出 1 路 LVDS 差分时钟信号。I/O 电压支持1.8V/3.3V。

在上图我们看到有两种 LVDS 屏幕接口：J18（30pin 的 FPC 座子）和 CON3（HDMI 座子）。这两个接口实际上是一路 LVDS 信号，只是对外引出的方式不一样，因为迅为电子的 LVDS 屏幕有两种接口（30pin FPC座子和 HDMI 接口），所以为了适配迅为电子屏幕的接口，i.MX6ULL 终结者底板引出了这两种接口。（大家一定要注意下：CON3（HDMI 座子）只能用来连接迅为电子的 LCD 屏幕，不能用来连接电脑显示器！！！）。

1.3.19 USB OTG 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 USB OTG 接口，原理如下图所示：

 

 

 

上图中 USB OTG 接口的 USB_OTG1_DN 和 USB_OTG1_DP 分别接到了 i.MX6ULL 的 USB_OTG1_DN 和USB_OTG1_DP 引脚上了。USB OTG 接口通过一个 Mini USB 座子引出，我们可以通过此接口给开发板烧写镜像。

 

 

1.3.20 USB HOST 接口

i.MX6ULL 终结者开发板提供两路 USB HOST 接口，原理如下图所示：

 

 

 

 

 

从图中我们可以看到两路 USB HOST 是 i.MX6ULL 的 USB OTG2 接口（USB_OTG2_DP，USB_OTG2_DN）通过一个芯片 FE1.1S（U15）扩展出的。FE1.1S 是一款高性能，低功耗的 USB HUB 芯片，他支持 USB2.0 协议， 可以把一路 USB HOST，能扩展出 4 路 USB HOST 接口。

上图中的 J20 和 J21 是 FE1.1 扩展出的其中两路 USB HOST，通过这两个 USB 接口我们可以链接 USB Device （例如：U 盘，鼠标，键盘等等）。

 

 

1.3.21 CSI 摄像头接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 CSI 的摄像头接口，原理如下图所示：

 

 

 

图中的 J22 接口可以用来连接迅为电子的 500w 摄像头模块。其中的 CSI_MCLK、CSI_PIXCLK、CSI_HSYNC、CSI_VSYNC、CSI_DATA0、CSI_DATA1、CSI_DATA2、CSI_DATA3、CSI_DATA4、CSI_DATA5、CSI_DATA6、CSI_DATA7这些信号连接到 i.MX6ULL 摄像头模块相应的引脚上。

图中的 I2C2_SDA 和 I2C2_SCL 连接到 i.MX6ULL 的 I2C2 总线上，摄像头模块需要 i.MX6ULL 通过 I2C 初始化配置以后才能正常工作。GPIO_2控制摄像头模块的复位，它连接到i.MX6ULL的GPIO1_IO02引脚上。GPIO_4控制摄像头模块的开关使能，它连接到 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO04 引脚上。

 

1.3.22 WIFI/蓝牙电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 WIFI/蓝牙二合一的模块，原理如下图所示：

 

我们使用的 WIFI/蓝牙二合一模块型号是 RTL8723，这个模块的电路非常简单，使用 3.3V 电源，与i.MX6ULL 通过 USB 总线传输数据，对外引出了 ipex 的天线接口（U58）。

 

 

1.3.23 PCIE 4G 模块电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 Mini PCIE 的 4G 模块接口，原理如下图所示：

 

 

 

上图中 U25 是 Mini PCIE 座子，可以用来连接 Mini PCIE 的 4G 模块，比如移远的 EC20 模块，高新兴的ME3630 模块。虽然我们使用的是 Mini PCIE 接口，实际上传输数据用到的是 USB 接口（使用的 FE1.1S 扩展出来的一路 USB 接口）。上图中的 CON5 是 SIM 卡插座，使用 4G 模块联网，我们必须要插入 SIM 卡。

 

1.3.24 六轴传感器电路

i..MX6ULL 终结者开发板板载了一个 6 轴重力加速度计，原理如下图所示：

 

 

从上图我们可以看到 6 轴重力加速度计芯片是 MPU6050（U36），该芯片内部集成了：三轴加速度传 感器和三轴陀螺仪。我们使用 I2C 来访问它。

I2C1_SCL 和 I2C1_SDA 分别连接到 i.MX6ULL 的 UART4_TX_DATA、 UART4_RX_DATA 这两个 IO 上面了。

 

 

1.3.25 光环境传感器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个光环境传感器，如下图所示：

 

 

 

上图中的 U37 是光环境传感器 AP3216C，该芯片可以感应周围光线的强弱，接近距离和红外强度，使用的是 I2C 的接口，I2C1_SCL 和 I2C1_SDA 分别连接到 i.MX6ULL 的 UART4_TX_DATA、UART4_RX_DATA 这两个 IO 上面了，GPIO_1 是 AP3216C 的中断输出引脚，连接在 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO01 上面了。

 

1.3.26 温湿度传感器电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了温湿度传感器接口，原理如下图所示：

 

 

从上体可以看到该接口可以兼容 DHT11（温湿度采集模块）和 DS18B20（温度采集模块）。该接口的电路比较简单，3.3V 电源供电，一个数据引脚直接连到 i.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER2 引脚上了。

1.3.27 ADC 电位器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个电位器，原理如下图所示：

 

 

 

从上图可以看到电位器（R1036）的原理很简单，使用 3.3V 供电，输出引脚通过 GPIO_5 链接到 i.MX6ULL的 GPIO1_IO05 引脚上了。GPIO1_IO05 可以复用成 ADC 功能，这样就能够实现电位器的电压采集了，我们调节电位器上的旋钮，ADC 采集到的电压会在 0~3.3V 范围内变化。

 

1.3.28 红外接收电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个红外接收模块，原理如下图所示：

 

 

 

 

从上图可以看到红外接收模块（U38）使用的是 HS0038B 模块，该模块的原理很简单，使用 3.3V 供电，数据输出引脚 UART2_RXD 连接到 i.MX6ULL 的 UART2_RX_DATA 引脚上面了。

1.3.29 HDMI 接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 HDMI 接口，原理如下图所示：

 

 

 

I.MX6ULL 处理器本身是不支持 HDMI 接口的，从上图我们可以看到 HDMI 接口是 RGB 接口通过 Sil9022A （U43）转换出来的。Sil9022A 可以将 24 位的 RGB 数据转换成标准的 HDMI 信号，i.MX6ULL 的 RGB 模块相 关的引脚与该芯片直接相连。另外该还需要通过 I2C（I2C2_SCL、I2C2_SDA）与 i.MX6ULL 进行连接，因为在 使用之前，需要通过 I2C 对该芯片进行配置。CON22 是标准的 HDMI 接口，我们可以通过 HDMI 线，连接显 示器到该接口。

 

1.3.30 以太网电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了两路以太网接口，分别是 ETHERNET1 和 ETHERNET2，其中 ETHERNET1 的原理如下图所示：

 

 

ETHERNET1 的原理如下图所示：

 

 

I.MX6ULL 内部集成了两个 MAC 控制器，每个 MAC 外接一个 PHY 芯片，就可以实现网络通信功能。我 们使用的是 KSZ8081RNB 这个 PHY 芯片，该芯片一端与 i.MX6ULL 通过 RGMI 接口连接，另一端连接到带网 络变压器的 RJ45 接口，组成一个 10M/100M 自协商的网卡。

ETNERNET1 和 ETHERNET2 通过 MDIO 接口与 i.MX6ULL 连接在一起，通过 MDIO 接口 i.MX6ULL 可以读写 PHY 芯片的寄存器，从而可以对 PHY 芯片进行配置。MDIO 接口由两根线组成 ENET_MDIO 和 ENET_MDC。这两 根线分别连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO06 和 GPIO1_IO07 引脚上面了。另外 ETHERNET1 和 ETHERNET2 分 别有一个复位引脚，这两个复位引脚是 SNVS_TAMPER7 和 SNVS_TAMPER8，这两个引脚连接到 i.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER7 和 SNVS_TAMPER8 引脚上了。