文件名称：硬件原理说明书（模板）文件编号：A09-Q4-000073版本号/修改码：A文件密级：秘密文件状态：CFC受控标识：受控拟制/日期：赵万坤 2009年6月9日审核/日期：张玉波 2009年6月9日张玉波虞日跃徐毓军丛俊杰王弢贺保国会签：董春禄刘旭青李剑任龄钟启明批准/日期：史洪源 2009年6月16日修订页本版本与旧文件（版本）的关系无文件名称：XXX模块硬件原理说明书文件编号：XXX-C11-XXXXXX项目名称：XXXXX项目编号：XXXXXX物料编码：XXXXXXXXXX版本号：X/XX文件密级：秘密文件状态：CFC受控标识：受控拟制：XXXXX 年月日审核：XXXXX 年月日会签：批准：XXXXXXX 年月日文件发放范围：生产制造部修订页II / 17目录1 设计依据 (1)2 规范性引用文件 (1)3 产品功能 (1)4 技术指标 (1)5 接口说明 (1)6 硬件原理说明 (2)6.1 硬件原理框图 (2)6.2 电路原理分析 (2)6.2.1单通道原理 (3)6.2.2过压保护 (4)6.2.3AD转换 (5)6.2.4光耦速度分析 (5)6.2.5温漂估算 (5)6.2.6电源分析 (6)6.3 可编程逻辑设计说明 (6)6.3.1管脚定义 (6)6.3.2资源分配 (7)6.3.3逻辑分析 (7)6.4 板级程序资源说明 (8)6.4.1单片机的管脚定义 (8)6.4.2资源分配 (9)6.5 降额设计 (10)6.6 MTBF计算（可选） (10)6.7 FMEA分析 (10)6.8 时序分析（有此部分时必须） (10)6.9 绝缘耐压分析（有此部分时必须） (10)7 关键信号列表 (11)8 测试点 (11)9 配套明细表 (11)10 电路原理图 (11)11 可编程器件逻辑图 (11)12 制版文件光绘图 (11)13 设计参考资料 (12)14 附录 (12)注意：模版中的高亮斜体文字仅作为创建文档的提示信息。
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1 设计依据要求指明本设计的设计输入文件的名称和文件编号。
设计输入文件一般是对应的“产品内控标准”、“技术接口书”和“产品规格书”。
举例如：文件名称：《XXXXXXX产品规格书》文件编号：XXX-XXX-XXXXXX文件名称：《XXXXXXX产品总体设计说明书》文件编号：XXX-XXX-XXXXXX2 规范性引用文件将本文档中中引用到的所有引用文件一一列出。
例如：文件名称：《元器件的选用与表述指南》文件编号：Z07-Q3-000213文件名称：《印制电路板设计规范》文件编号：Z07-F2-000008文件名称：《电路逻辑图制图指南》文件编号：Z07-Q3-0002173 产品功能描述产品的功能4 技术指标直接将产品规格书中的技术指标拷贝过来。
5 接口说明电气接口规格：描述该板卡或模块与母板的连接器定义、端子定义、指示灯定义、应遵守的工艺规范等。
可直接将产品规格书中设计规范章节的相关部分拷贝过来。
6 硬件原理说明6.1 硬件原理框图图1 模块原理框图6.2 电路原理分析包括元器件的选型分析和选用的说明和电路分析以下为示例图3 模块AO部分单通道原理框图AO部分使用底板上的24V电源，通过光耦实现与系统的SPI通讯。
3．DI部分DI 部分：当外加60V 电压时，i3 = i1-i2 = (60-1.1)/4.7 – 2.16 ≈ 10.4 mA ,该光耦的I F （MAX ）是60mA , 所以正向60VDC 电压是可以满足要求的。
当外加-60VDC 电压时，流经D1的电流约12.8mA,而二极管BYM10-100-E3的最大电流可达1.0A ，所以反向电压是可以满足的。
DO 部分：DO1选用的是AQY275固态继电器，输出是无极性的，正常的负载电压为100V ，是可以承受72V 的过压的。
DO2选用AQW614固态继电器，输出为无极性，正常的负载电压为400V ，满足通道过压设计要求。
6.2.3 AD 转换ADC 转换芯片采用的是ADS1242，ADS1242为一个24位的Σ-ΔAD 芯片，最少有效位为19位（PGA=128），满足AD 分辨率不低于16位的要求，AD 的转换速率可设定为 Hz f data 15=，则每个通道的数据更新时间为1/15=66.7ms ，满足全通道扫描10次/秒的要求。
在AD 的转换速率为 Hz f data 15=的情况下，ADS1242针对50Hz 干扰信号的典型共模抑制比为dB 120，差模抑制比为dB 100，因此是可以满足共模抑制比优于dB 120，差模抑制比优于dB 60的要求的。
ADS1242的共模、差模参数如下：图3 ADS1242 参数电流 采样电阻选用的是精密电阻，精度为0.02%，温漂5ppm/K ，初始的精度误差是可以通过系统校准来减小的，所以选用精度0.02%的电阻是可以满足设计精度0.02%的要求的。
6.2.4 光耦速度分析HCPL-0661的速度分析：HCPL-0661的通断时间如下图所示：图4 HCPL-0661开关时间从图中可以看出，HCPL-0661的速度至少能达到30Mbit/S ，按这个速率进行估算，实际模拟的SPI 的速度可以为100Kbit/S ，则2个通道AI 的SPI 口的数据量为2*8*5=80bit ，数据通信时间为80/100K=0.8ms ，小于100 ms ，满足全通道扫描10次/秒的要求。
3个通道AO 的数据量为3*24=72bit ，数据通信时间为72/100K=0.72ms ，满足建立时间小于20mS 的要求。
3个通道的AO 的回读3*20=60bit ，数据通信时间为60/100K=0.6ms 用在SPI 上的时间，是比较短的。
6.2.5 温漂估算 温漂与器件选择有关，我们选的都是低温漂器件，AI 部分：最主要的有4种器件： 温漂与器件选择有关，我们选的都是低温漂器件，最主要的有3种器件： 1．电压参考源 REF3225基准源封装小（SOT23-6封装）；0℃~125℃之间温漂最大为7ppm/℃，-40℃~125℃之间温漂最大为20ppm/℃；精确度最大为0.2%；低静态电流，约为100μA；高输出电流，达±10mA，与其它同类器件相比有较好的性价比。
2．采样电阻采样电阻R1选用的是718厂的精密电阻，精度是0.02%，温漂为5ppm/K。
3．AD转换器ADS1242 的输入偏置电压的温漂为0.02ppm of FS/℃，增益的温漂为0.5ppm/℃，按照输入电压0~11mA进行估算，由ADS1242引进的温漂为0.02*2.5+0.5*2*2.5=2.55µV/℃（2ppm/℃）总的温漂为2+7+5=14 ppm/℃，满足设计要求的50ppm/℃的要求AO部分：主要的器件有1．电压参考源REF3240基准源封装小（SOT23-6封装）；0℃~125℃之间温漂最大为7ppm/℃，-40℃ ~125℃之间温漂最大为20ppm/℃；精确度最大为0.2%；低静态电流，约为100μA；高输出电流，达±10mA，与其它同类器件相比有较好的性价比2．DA转换器DAC8554 的输出偏置电压的温漂为5µV /℃（1.25 ppm/℃，输出量程为0~4V），增益的温漂为1 ppm/℃，DA的温漂为2.25 ppm/℃3．运算放大器INA132INA132的偏置电压的温漂为5µV /℃（1.25 ppm/℃，输出量程为0~4V），增益的温漂为1 0ppm/℃ INA132的温漂为11.25ppm/℃4．精密电阻V/I的电阻选用的是718厂的精密电阻，精度是0.1%，温漂为10ppm/K 总的温漂为7+2.25+11.25+10=30 ppm/℃，满足设计要求的50 ppm/℃的要求。
6.2.6 电源分析模板中可编程器件（Cyclone系列的EP1C3T144I7N）工作电源为+3.3V，核电压为1.5V。
因此需要使用LDO将+5V电源转换为+3.3V和 1.5V电压输出。
采用TI公司的LDO电源芯片TPS77733产生+3.3V电压和TPS77715产生+1.5V电压，其特性如下：TPS77733/TPS77715：◆上电输出200ms低电平复位信号◆超低的85μA静态电流◆750mA电流输出能力◆输出电压+3.3V±2％/+1.5V±2％◆具有热保护功能6.3 可编程逻辑设计说明分别说明管脚定义（以表格的形式定义，对于总线类型的可写在一行中）、资源分配、逻辑分析等相关内容。
以下为示例模块双网切换与主控模块一样采用逻辑切换，通过硬件判断网线上的数据流来切换，整个切换过程不需要CPU干预，全部由硬件逻辑完成。
硬件可编程器件选用Altera公司性价比相对较好的FPGA Cyclone系列的EP1C3T144I7N器件，它具有2910个逻辑单元（LE），最大用户I/O管脚数100个，144-pin TQFP封装。
6.3.1 管脚定义模块上的EP1C3T144I7N器件管脚分配如表4所示：6.3.3 逻辑分析分析逻辑功能的实现过程、关键技术点和算法，如果使用编程语言开发，按照模块化的设计方法，将程序模块列出并进行分析。
如果逻辑复杂的话，应画出功能图、真值表、状态图、时序图等。
以下为示例1) DP通讯的硬件切换功能DP通讯硬件切换功能由EP1C3T144I7N逻辑完成，主要包括1KHz时钟发生器（由24MHz 系统时钟分频得到）、dp_control控制功能块等逻辑，详见附录PFGA逻辑图。
2) DP通讯站地址读取逻辑6.4 板级程序资源说明分别说明单片机管脚定义、资源分配等相关内容（包括中断分配、口线控制、地址分配等资源的描述）以下为示例6.4.1 单片机的管脚定义以表格的形式定义，对于总线类型的可写在一行中。
表6 单片机管脚定义6.4.2 资源分配编写板级程序所需的所有资源，以表格的形式定义。
表7 单片机资源分配6.5 降额设计可以用文字描述或直接用表格描述6.6 MTBF计算（可选）可以用文字描述或直接用表格描述6.7 FMEA分析可以用文字描述或直接用表格描述6.8 时序分析可以用文字描述或直接用表格描述（有此部分时必须）。
6.9 绝缘耐压分析分析如何达到绝缘耐压指标（有此部分时必须）。
7 关键信号列表用表的方式列出所有对电路起决定作用的关键信号（如时钟信号、高速信号、串行总线信号、复位信号、高输入阻抗信号、小信号、外部中断信号、片选信号、数据/地址总线信号和超过1A的大电流电源线或其他线路等）。
以下为示例表8 关键信号列表8 测试点描述测试点的选择和合理性，对于ICT测试的模块需要每一个网络上加一个测试点。