工控主板分類及選型要領(lǐng)

2022-10-24 來源：作者：深圳市中電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司

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在工控領(lǐng)域，設(shè)備自動(dòng)化升級(jí)普遍采用購買工控主板或工控機(jī)，來快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或控制功能。這種硬件搭積木應(yīng)用軟件自研的模式你個(gè)加快產(chǎn)品上市和易被系統(tǒng)集成商接受。工控主板選型有二個(gè)維度，一是選擇CPU/SoC平臺(tái)，二是選擇主板的機(jī)箱規(guī)格和PCBA質(zhì)量。工控主板是主要用于工業(yè)電腦來幫助處理工業(yè)類項(xiàng)目的專用型主板，采用低功耗芯片，節(jié)省能耗、抗潮抗高溫。因?yàn)樾枰m應(yīng)一些惡劣的工業(yè)環(huán)境，所以對(duì)其性能有很高的要求。因此，嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)先決條件。我愛方案網(wǎng)中推出了很多設(shè)計(jì)優(yōu)化的工控主板方案，今天重點(diǎn)給大家介紹工控主板的分類及選型的二個(gè)維度要領(lǐng)。

工控主板分類及選型要領(lǐng)

CPU/SoC平臺(tái)選擇的考慮

SoC是設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)級(jí)，工程師通過迭代開發(fā)，不斷優(yōu)化，方案設(shè)計(jì)效率提高，BUG補(bǔ)丁減少，才能把穩(wěn)定性保持在較高的水平。所以平臺(tái)級(jí)CPU/SoC選型非常重要，進(jìn)入開發(fā)階段后，切換門檻高，元器件采購成本和工程師學(xué)習(xí)成本都很大。我愛方案網(wǎng)歸納出SoC平臺(tái)選擇要從應(yīng)用領(lǐng)域，芯片構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)方式和國(guó)別產(chǎn)地來評(píng)估，其中應(yīng)用領(lǐng)域和可采購性設(shè)計(jì)是方案商最關(guān)心的問題。

1. 應(yīng)用領(lǐng)域，SoC起源于手表手環(huán)，音視頻播放機(jī)，發(fā)展到高端AI邊緣計(jì)算和細(xì)分市場(chǎng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等特定功能

2. 芯片構(gòu)架，x86, 51，ARM，MIPS，RISC-V，以及行業(yè)細(xì)分小眾構(gòu)架

3. 實(shí)現(xiàn)方式，ASIC，F(xiàn)PGA，MCM(multi-chip module) 多芯片組件, COB (裸片上板chip on board)

4. 國(guó)別產(chǎn)地，美國(guó)、歐洲、日韓，中國(guó)

中國(guó)SoC發(fā)展速度非常快，過去二年缺貨，給國(guó)產(chǎn)SoC替代進(jìn)入主流應(yīng)用巨大機(jī)遇。國(guó)產(chǎn)SoC原廠，在四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，形成市場(chǎng)主導(dǎo)地位，以發(fā)展進(jìn)程時(shí)間排列：

1. 手表手環(huán)藍(lán)牙音箱TWS等：炬芯、協(xié)理，瑞昱，MTK，中科藍(lán)訊

2. 顯控多媒體/AI：海思，瑞芯微，北京君正，全志

3. 高級(jí)計(jì)算/AI：紫光展訊，中科龍芯，飛騰，國(guó)科微，地平線，商湯

4. 特定控制/MCU/FPGA：中科昊芯，安陸，復(fù)旦微，紫光同創(chuàng)，芯海科技

PART 01工控主板的分類

智能化制造進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，工業(yè)控制技術(shù)開始向網(wǎng)絡(luò)化邁進(jìn)。相關(guān)產(chǎn)品如工控主板就正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。常用的工控主板主要有四類。

①ATX主板，常見的ATX大母板，大長(zhǎng)方形，一般7個(gè)擴(kuò)展槽，尺寸大約是305x244mm。ATX板仍然是當(dāng)今使用最廣泛的板之一，可以與采用ATX組件的當(dāng)前應(yīng)用集成。擴(kuò)展的尺寸提供了可伸縮性的好處，同時(shí)還包括根據(jù)應(yīng)用程序的需求添加無線適配器選項(xiàng)或聲卡的功能。

②MicroATX主板：常見大正方形，一般4個(gè)擴(kuò)展槽，尺寸大約244x244mm，MicroATX主板允許四個(gè)PCI擴(kuò)展槽，DIMM插槽為2-3個(gè)，從橫向減小了主板寬度，其總面積減小約0.92平方英寸。

③Mini-ITX主板：它是用來設(shè)計(jì)用于小空間小尺寸的專業(yè)計(jì)算機(jī)的，如用在汽車、置頂盒以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的電腦，但Mini-ITX主板也可用于制造瘦客戶機(jī)。常見的mini-ITX主板是小正方形，1個(gè)擴(kuò)展槽，尺寸大約是170x170mm。由于體積小，存在局限性，因?yàn)榕c具有更多高級(jí)功能空間的標(biāo)準(zhǔn)尺寸板相比，可用的兼容電氣配置和計(jì)算組件較少。

④EATX主板：EATX主板主要用于Rackmount服務(wù)器系統(tǒng)。它通常用于雙處理器和標(biāo)準(zhǔn) ATX 主板上無法勝任的服務(wù)器上，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為305mm × 330 mm，有12個(gè)插槽，體積為正方形，如果是至強(qiáng)CPU,E5以上還可以支持2個(gè)CPU。EATX主板上半部分的固定螺絲位和 ATX 相同，多用于高性能PC整機(jī)和工作站中。

PART 02工控主板的選型要領(lǐng)

工控主板的選型包括質(zhì)量的好壞，性能的需求等方面。選擇好的工控主板，有以下幾種方法：

①主板的品質(zhì)

工控主板由絕緣、隔熱和不易彎曲的材料制成。質(zhì)量好的工控主板，PCB板色彩和光澤幾乎保持一致，且大部分主板層數(shù)為6-10層，PCB板層數(shù)越多，抗干擾能力越強(qiáng)。另外還要觀察主板是否平整，有無毛刺，上面標(biāo)識(shí)的文字是否清晰，焊點(diǎn)是否干凈等。

②電源電路

電源電路是工控主板上的CPU、存儲(chǔ)器和芯片組等電子元件提供電源的裝置。一級(jí)電源多采用數(shù)字開關(guān)電源，要求紋波小，寬溫工作，EMC測(cè)試認(rèn)證等。二級(jí)電源一般是LDO的DCDC直流電源，現(xiàn)在過程LDO芯片很好用，穩(wěn)定性都達(dá)標(biāo)，不需要特別追求歐美電源IC。

③主板用料

電容，電感，主板上提供的電源開關(guān)按鈕、Debug 燈這些都算是用料的一部分，還有一些主板上采用了雙 BIOS 設(shè)計(jì)，這些用料上的區(qū)別都是值得注意的。主板上的 CPU供電相數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)橄鄶?shù)越多，一般來說就可以提供更高的供電功率，同時(shí)電流的供應(yīng)也會(huì)更加平穩(wěn)，電壓波動(dòng)較小，從另一個(gè)方面來說，供電相數(shù)越多，要使用的電感、電容、Mosfets 管都是要更多的，花在這里的成本也會(huì)越高。

④電容的品質(zhì)

電容是工控主板中非常重要的電子元件，用來保證電壓和電流的穩(wěn)定，它的容量和質(zhì)量會(huì)影響主板的穩(wěn)定性和壽命。電容的種類大致可以分為三種:陶瓷電容、電解電容和固態(tài)電容，根據(jù)各自的特點(diǎn)和發(fā)揮的作用分布在主板的不同位置。目前較好的IPC主板均采用固態(tài)電容。

⑤界面配置

接口部分通常反映主板的位置及其提供的功能。雖然對(duì)于大多數(shù)用戶來說，接口提供的雙網(wǎng)絡(luò)端口和多串口可能不會(huì)被使用，但這對(duì)于有需要的用戶來說更為重要。同時(shí)，USB接口的數(shù)量有時(shí)會(huì)影響使用體驗(yàn)。

PART 03嵌入式工控主板選擇

嵌入式工控主板是嵌入在設(shè)備里面做數(shù)據(jù)處理的CPU板，尺寸比較小，常用于工控機(jī)，如ATM等工控設(shè)備。嵌入式主板分為兩大類：基于X86的嵌入式主板，Intel的X86處理器屬于CISC系統(tǒng)；基于RISC的ARM嵌入式主板。

按照Windows操作系統(tǒng)和安卓操作系統(tǒng)來區(qū)分。一般來說，因?yàn)榘沧壳度胧焦た刂靼鍖?nèi)存等其他東西集成在一起，無需搭配其他配件，所以價(jià)格會(huì)低一些。安卓嵌入式工控主板功耗更低，沒有背光情況下，主板功耗在1W左右；安卓嵌入式工控主板不會(huì)發(fā)熱；數(shù)據(jù)更加安全。

總結(jié)：

目前，工控主板已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器視覺、人臉識(shí)別、醫(yī)療、自助終端、金融等領(lǐng)域。用戶對(duì)其功能、兼容性和可靠性提出了更高的要求。選擇合適的工控主板尤為重要。

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