RT1024 EVK 学习笔记Part1

Main Power & USB & FreeLink Debugger部分详细解释！

Page3 Main Power

输入可以是三种电源选项，但是输出就一定是5V_SYS， 它用来给整个MCU系统供电。以下详细的从左到右：

1. 电源输入部分：

   • Barrel Connector（桶型接口）J2：用于连接外部5V的电源适配器；
   • C4 0.1uF电容：输入滤波电容，用于滤除输入电源的噪声;
   • TP1：测试点，用于测量输入电压

2. MOSFET控制部分：

   • FDMA530PZ（Q1）：功率MOSFET，用于电源开关控制；
   • D1二极管：保护二极管，防止反向电流；
   • R3 3.3K 电阻：限流电阻，保护MOSFET；

3. 中间控制电路：

   • SW1：开关；
   • R4-R9：分压和偏置电阻网络
   • C5：稳定电容，用于滤波

4. LED指示电路：

   • D3 LED_RED-GRN：双色LED，用于指示电源状态
   • Q4（BSH1115）：控制LED的MOSFET
   • R10-R11：LED驱动电阻;

5. 输出部分：

   • C1-C3：输出滤波电容
   • J1：输出接口;
   • C179-C180：去耦电容，用于稳定输出电压

关于J1短接选择不同的供电方式：

• 1-2位置：DC_5V_IN

  • 连接到J2的直流电源输入

  • 适用于使用外部5V电源适配器供电的场景

• 3-4位置：5V_USB_OTG_S

  • 通过USB接口供电

• 5-6位置：P5V_SDA_S

  • 通过OpenSDA调试器供电

  • 适用于使用调试器进行程序下载和调试的场景

  • 集成了调试和供电功能

那么，我们可以先看 5V_USB_OTG_S:

Page6 USB

再看 P5V_SDA_S:

Page13 FREELINK

Page6 USB

USB OTG 部分

1. 接口部分：

   • 使用USB AB 5型接口，（指的是5Pin typeA/B）
   • 包含5个引脚：VBUS（电源）、D+、D-（数据线）和GND（地）、和ID；

2. 保护电路：

   • TVS二极管阵列（U8 RClamp0854P）提供ESD保护;
   • 保护USB接口免受静电和瞬态电压的损害
   • 四个二极管保护四条信号线

3. EMI抑制：

   • L3和L5（330Ω电感）用于抑制电磁干扰
   • L4（共模电感）用于抑制D+/D-信号线上的共模噪声；
   • 这些元件确保信号传输的质量和稳定性

4. 信号连接：

   • OTG1_DN和OTG1_DP是MCU的差分数据信号；
   • 通过0Ω电阻（R68）连接ID线和USB_OTG1_ID信号，可以方便地断开或连接信号；
   • 5V_USB_OTG和5V_USB_OTG_S分别是USB供电的输入和输出

5. 工作流程：

   • 当作为Host时：提供5V电源给外部设备

   • 当作为Device时：接收外部供电

   • 数据信号经过EMI滤波和ESD保护后与MCU连接

     作为device时，PC端供电，通过VBUS，提供给5V_USB_OTG_S，继而给整个MCU供电！

USB POWER 部分

USB Power电路的工作原理如下：

1. 核心控制芯片：
   • U7（NX5P3090UK）是一个专用的USB电源开关/限流器
   • 主要功能如下，其中，USB_OTG1_OC（过流检测信号），连接到FAULT引脚：
     • 电流限制
     • 过流保护
     • 电压监测
     • 故障检测
2. 输入控制信号：
   • EN（使能）引脚：控制电源开关的开启/关闭；
   • FAULT（故障）引脚：指示过流或短路故障；
   • VNT1/VNT2/VNT3：电压监测点；
3. 工作流程：
   • 当MCU需要提供USB主机供电时：
     • 通过USB_OTG1_ID信号，自动检测是Device/Host，根据这个角色决定是否使能U7；工作在device模式，使能U7，对MCU供电；工作在Host模式，禁用U7；
     • U7监控输出电流和电压；
     • 如果发生过流，FAULT信号激活；
4. 关键电路组件：
   • C82/C83：输入滤波电容
   • C84：输出滤波电容
   • R67/R68：上拉电阻（100K）
   • R69/R70：配置电阻
5. 应用场景：
   • MCU作为USB主机时提供受控的5V电源
   • 保护MCU和外部设备免受电气故障损坏

其中，两个最重要的信号线：

1. USB_OTG1_OC (Over Current):

   • 连接到U7的FAULT引脚

   • 当发生过流时会触发

   • 这个信号会反馈给MCU，用于过流保护

2. 5V_USB_OTG VBUS:

   • 这是U7的输出端

   • 提供受控的5V电源给USB接口

   • 通过VBUS1/2/3引脚输出

   • 经过C84去耦电容滤波

这两个信号构成了USB供电的核心监控和输出功能：

• 一个负责监控安全（OC）
• 一个负责实际供电（VBUS）

另外需要注意的是：

1. Device模式（作为设备被供电）：

   • 供电流程：
     • 外部USB Host提供5V电源
     • 通过USB接口进入，形成5V_USB_OTG
     • 经过R312连接到5V_USB_OTG_S
     • 通过J1(3-4)选择作为5V_SYS
     • 为整个系统供电
   • 此时U7不工作，仅作为通路；

2. Host模式（作为主机供电）：

   • 供电流程：
     • 通过其他方式（DC或OpenSDA）产生5V_SYS
     • 5V_SYS作为U7的输入；
     • U7控制并输出5V_USB_OTG；
     • 通过USB接口VBUS引脚对外供电5V_USB_OTG;
   • U7提供电流限制和保护功能

3. 关键理解点：

   • 5V_USB_OTG和5V_USB_OTG_S的关系：
     • 它们在电路中是相连的
     • 但在不同模式下电流方向不同
   • U7的作用：
     • 仅在Host模式时起作用
     • 提供受控的5V输出
     • 保护系统免受过流影响

4. 工作模式切换：

   • 通过ID信号识别当前模式
   • 自动配置电源流向
   • U7根据模式自动使能或禁用

这种设计支持USB OTG的双向供电特性，允许设备在不同场景下灵活切换角色。看似复杂的电源路径实际上是为了实现这种灵活性。

Page13 FREELINK

FreeLink部分的核心组件是LPC4322JET100，暂时先不看它，只需要知道J42跳线帽会控制FreeLink的DFU模式，进入firmware重新烧写即可！

还有一个有意思的点，这个LPC需要外部的12MHz晶振Y5;

还有，MCU的UART1连接了电平转换芯片NTS0102，因此可以到PC的虚拟串口输出打印log。

对于Power部分来说，仍然是上一节的老朋友：

U31仍然是一个NX5P3090UK:

1. 电源路径：
   • 输入：P5V_SDA通过U31的输入端
   • 控制：经过U31的内部开关和保护电路
   • 输出：通过U31的VBUS1/2/3引脚输出到P5V_SDA_S
2. 控制机制：
   • POWER_EN通过R216（1K）控制U31的使能
   • VTRG_FAULT_B通过R215（10K）提供故障监测
   • 5V_SDA_PSW是在输出端额外引出的监测信号，可供外部使用；

那么，对于这种方式，电源路径如下：

调试器USB -> VBUS -> P5V_SDA -> U31 -> P5V_SDA_S -> J1(5-6) -> 5V_SYS