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第九期 HG255d硬件分析 《路由器就是开发板》

2022年06月23日 路由器 我要评论
这一期从芯片级别分析HG255d的硬件结构,如果想把它作为开发板,那外壳可以拆开扔掉啦。我将HG255d的图片贴在下面,每个功能模块采用不同的颜色标记
        这一期从芯片级别分析HG255d的硬件结构,如果想把它作为开发板,那外壳可以拆开扔掉啦。我将HG255d的图片贴在下面,每个功能模块采用不同的颜色标记,然后分别说明。

HG255d正面PCB图:


HG255d背面PCB图:





        HG255d的设计图纸并没有公开,但Ralink的芯片的Demo板的图纸还是可以找到的,在SDK的Datasheet的目录下有一个 V24SG-LNA.zip 文件,就是Ralink提供的基于RT3052的图纸,虽然和HG255d有很大的区别,但是有很高的参考价值,比如在供电和RF电路上,HG255d几乎没有改动的采用了Ralink提供的方案。
        上图中橙色部分为为RT3052F的SOC芯片,右侧黄色为一个16MB的norflash芯片,背面黑色区域为两颗16bit的SDRAM芯片,两个芯片并联组成32bit位宽,大小32M的RAM,以上这些就组成了一个最小系统。
        来看一下供电方面,HG255d电源是12V1A的开关电源,上图中4块紫色的区域为供电部分,一般CPU级别的供电都在3.3V以下,所以12V电源在经过滤波之后要通过stepdown的方式进行降压才能使用,右侧的三个紫色模块分别将AV电压降到5V,3.3V,1.5V,然后供给芯片使用,左侧的将紫的供电模块应该是供给VOIP模块使用的。


        电压转换的原理图如上所示,各种电压的转换原理是一样的,只是R111和R113的比例不同,给U21的6引脚反馈的电压不同,决定转换出多少伏的电压。
        青色区域是网络隔离变压器,其实不接隔离变压器也是可以工作的,但是传输距离和芯片的电气安全性都会受到限制,接网络变压器,主要用于信号电平耦合,其一增强信号驱动能力,可以传输更远的距离;其二,芯片端与外部隔离,抗干扰能力大大增强,增强抗电击和抗电磁脉冲的能力,总的来说网络变压器可以实现信号传输,阻抗匹配,波形修复,杂波抑制和高压隔离的作用。
        左侧的棕色区域是VOIP模块,使用microsemi的ve8910解决方案,可以实现VOIP功能,但这些业务国内并没有普及。下面是官方提供的链接  http://www.microsemi.com/products/voice-line-circuits/ve890/ve8910
下图为microsemi提供的ve8910解决方案的原理图.


        蓝色区域为一个OTP( One Time Programalbe )单面机,型号是CM5001H,应该就是上图中提到的VoIP Processor。
        来看一下路由器比较关键的一个部分--信号放大电路,也就是图中的红色区域,先来了解两个概念:
        LNA ---- 低噪声放大器(Low Noise Amplifier)
        PA ---- 功率放大器(Power Amplifier)
        LNA是低噪声放大器,主要用于接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的,往往信号远小于噪声,通过放大器的时候,信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理,这就要求放大器能够抑制噪声。PA主要功能是功率放大,以满足系统要求,最重要的指标就是输出功率大小,其次线性如何等等,一般用在发射机的最后一级。
        LNA用在接收机由于对噪声要求很严格,所以其bias较低,这样就能实现很小的NF和很高的效率,但同时会导致线性区增益较低,最大输入功率不是很高(也可以说1dB压缩点吧)。PA主要是考虑高的线性区和高增益,其bias很高,这样也会造成PA效率降低。
        独立的双LNA和双PA的路由器在低端市场已经少见,多数都集成到了SOC芯片内部,所以这也是HG255d比较受改装党们喜欢的原因,传说可以把发射功率改装到400mA。沿着两组RF功放电路可以看到两个边长1CM左右的正方形敷铜,这个就是两路天线,对于家用这种设计很节省空间,可惜国内好多人依然迷信全向外置天线,后期我们会将HG255d改装成外接天线,然后评测一下信号强度的区别。
        路由器的基本结构相对于其他家用电器来说比较简单,基于现在芯片厂商的turnkey式解决方案,路由厂家可以在极短的时间内开发出自己品牌的路由器,当然,从现在的市场来看,随着产业的不断升级,路由器的硬件部分在路由器产业中的比重在逐渐变小,因为围绕路由器,或者路由器围绕某些服务而形成的生态系统才是发展的趋势。下面是RT3052官方给出的RT3052的block diagram。


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SDK下载地址:   https://github.com/aggresss/RFDemo

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