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第九期 HG255d硬體分析 《路由器就是開發板》

        這一期從晶片級別分析HG255d的硬體結構,如果想把它作為開發板,那外殼可以拆開扔掉啦。我將HG255d的圖片貼在下面,每個功能模組採用不同的顏色標記,然後分別說明。

HG255d正面PCB圖:


HG255d背面PCB圖:




        HG255d的設計圖紙並沒有公開,但Ralink的晶片的Demo板的圖紙還是可以找到的,在SDK的Datasheet的目錄下有一個 V24SG-LNA.zip 檔案,就是Ralink提供的基於RT3052的圖紙,雖然和HG255d有很大的區別,但是有很高的參考價值,比如在供電和RF電路上,HG255d幾乎沒有改動的採用了Ralink提供的方案。
        上圖中橙色部分為為RT3052F的SOC晶片,右側黃色為一個16MB的norflash晶片,背面黑色區域為兩顆16bit的SDRAM晶片,兩個晶片並聯組成32bit位寬,大小32M的RAM,以上這些就組成了一個最小系統。
        來看一下供電方面,HG255d電源是12V1A的開關電源,上圖中4塊紫色的區域為供電部分,一般CPU級別的供電都在3.3V以下,所以12V電源在經過濾波之後要通過stepdown的方式進行降壓才能使用,右側的三個紫色模組分別將AV電壓降到5V,3.3V,1.5V,然後供給晶片使用,左側的將紫的供電模組應該是供給VOIP模組使用的。


        電壓轉換的原理圖如上所示,各種電壓的轉換原理是一樣的,只是R111和R113的比例不同,給U21的6引腳反饋的電壓不同,決定轉換出多少伏的電壓。
        青色區域是網路隔離變壓器,其實不接隔離變壓器也是可以工作的,但是傳輸距離和晶片的電氣安全性都會受到限制,接網路變壓器,主要用於訊號電平耦合,其一增強訊號驅動能力,可以傳輸更遠的距離;其二,晶片端與外部隔離,抗干擾能力大大增強,增強抗電擊和抗電磁脈衝的能力,總的來說網路變壓器可以實現訊號傳輸,阻抗匹配,波形修復,雜波抑制和高壓隔離的作用。
        左側的棕色區域是VOIP模組,使用microsemi的ve8910解決方案,可以實現VOIP功能,但這些業務國內並沒有普及。下面是官方提供的連結  http://www.microsemi.com/products/voice-line-circuits/ve890/ve8910
下圖為microsemi提供的ve8910解決方案的原理圖.


        藍色區域為一個OTP( One Time Programalbe )單面機,型號是CM5001H,應該就是上圖中提到的VoIP Processor。
        來看一下路由器比較關鍵的一個部分--訊號放大電路,也就是圖中的紅色區域,先來了解兩個概念:
        LNA ---- 低噪聲放大器(Low Noise Amplifier)
        PA ---- 功率放大器(Power Amplifier)
        LNA是低噪聲放大器,主要用於接收電路設計中。因為接收電路中的信噪比通常是很低的,往往訊號遠小於噪聲,通過放大器的時候,訊號和噪聲一起被放大的話非常不利於後續處理,這就要求放大器能夠抑制噪聲。PA主要功能是功率放大,以滿足系統要求,最重要的指標就是輸出功率大小,其次線性如何等等,一般用在發射機的最後一級。
        LNA用在接收機由於對噪聲要求很嚴格,所以其bias較低,這樣就能實現很小的NF和很高的效率,但同時會導致線性區增益較低,最大輸入功率不是很高(也可以說1dB壓縮點吧)。PA主要是考慮高的線性區和高增益,其bias很高,這樣也會造成PA效率降低。
        獨立的雙LNA和雙PA的路由器在低端市場已經少見,多數都整合到了SOC晶片內部,所以這也是HG255d比較受改裝黨們喜歡的原因,傳說可以把發射功率改裝到400mA。沿著兩組RF功放電路可以看到兩個邊長1CM左右的正方形敷銅,這個就是兩路天線,對於家用這種設計很節省空間,可惜國內好多人依然迷信全向外接天線,後期我們會將HG255d改裝成外接天線,然後評測一下訊號強度的區別。
        路由器的基本結構相對於其他家用電器來說比較簡單,基於現在晶片廠商的turnkey式解決方案,路由廠家可以在極短的時間內開發出自己品牌的路由器,當然,從現在的市場來看,隨著產業的不斷升級,路由器的硬體部分在路由器產業中的比重在逐漸變小,因為圍繞路由器,或者路由器圍繞某些服務而形成的生態系統才是發展的趨勢。下面是RT3052官方給出的RT3052的block diagram。


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