灵活替换、无惧缺芯，ARM工控板中的模块化设计

2022年是充满不确定性的一年，物料价格上涨、交期延长等问题将持续影响产品交付。如何从设计环节尽量减少影响呢？下文将以HDG2L-IOT为例，介绍ARM工控板中的模块化设计。

HDG2L-IOT是基于瑞萨RZ/G2L 双核A55处理器设计的高性价工控板，其WIFI、以太网、USB、音频、4G/5G等部分采用模块化设计，理念是自由搭配、灵活替换。

图1  HDG2L-IOT

• 以太网模块

模块采用邮票孔设计，板载千兆PHY、晶振等外围电路，模块设计可兼容支持KSZ9031、YT8521、AR8031、RTL8211等高度集成的以太网收发器，符合10BASE-Te，100BASE-TX和1000BASE-T IEEE 802.3标准，提供10Mbps，100Mbps或1000Mbps的强大发送和接收功能。

图2  以太网模块

• USBHUB模块

邮票孔设计，板载USB HUB芯片，轻松完成4路USB扩展，支援USB热插拔功能。 模块中的HUB芯片可选择FE1.1、FE2.1、USB2514、USB5744等，并兼容支持USB2.0、USB3.0通信协议。

图3  USBHUB模块

• WiFi模块

Wifi通信场景丰富、需求广泛，此处设计兼容USB接口与SDIO接口WIFI模块，可覆盖市面上大部分常见的WIFI 模组。对于蓝牙&WIFI一体模块、2.4G&5G Wifi模块可做到轻松适配。
HDG2L-IOT采用RTL8723、RTL8821、RTL8188等高速USB通信接口兼容设计， 可选单WIFI、WiFi+蓝牙集成式模组。

图4  WIFI模块

• 音频模块

音频部分主要IC为WM8960，它是一款低功耗立体声编解码器，采用 D 类扬声器驱动器，可在 8 W 负载下为每通道提供 1 W 功率。该模块采用邮票孔设计，集成了完整的麦克风接口和立体声耳机驱动器。此外，同类型功能的音频芯片还有TLV320，可做到模块化兼容替换。

图5  音频模块

• 5G/4G接口模块

当前市面上可插拔式4G模组大都为MiniPCIE接口，可插拔式5G模组绝大部分为M.2接口（MiniPCIE接口较少）。为做到根据不同应用需求灵活选用5G或4G模组，此处设计M.2与MiniPCIE兼容接口板。

图6  5G/4G接口模块

总结：面对多样化的需求及紧张的原材料供应形式，模块化设计可以做到自由搭配、灵活替换，特别是小规模量产的产品有明显交期、成本优势。