設計情報

本章では、Armadillo-610の機能拡張や信頼性向上のための設計情報について説明します。

19.1. 拡張ボードの設計

Armadillo-610は拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)から拡張します。 電源、リセット、複数の機能をもったi.MX6ULLの信号線等、 Armadillo-610を拡張するために必要な信号線はすべて、 CON2の100ピンコネクタに接続されています。

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図19.1 Afmadillo-610のCON2


Armadillo-610では、表3.3「仕様」の拡張インターフェースの欄にあるとおりの機能が拡張できます。ただし、ここに記載の拡張数は、優先的に機能を割り当てた場合の最大数ですので、必要な機能がすべて実現できるかは、『Armadillo-610 マルチプレクス表』で検討する必要があります。

マルチプレクス表では、CON2の各ピンに割り当て可能な機能の他に、リセット後の信号状態、プルアップ/ダウン抵抗の有無等の情報を確認することができます。

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図19.2 Afmadillo-610のマルチプレクス表


本書には各機能の概要しか記載していませんので、詳細な仕様が必要な場合は、NXP Semiconductorsのホームページからダウンロード可能な、『i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual』、『i.MX 6ULL Applications Processors for Industrial Products』をご確認ください。Armadillo-610固有の情報を除いて、回路設計に必要な情報はこれらのマニュアルに、すべて記載されています。 検索しやすいように、マルチプレクス表や「CON2(拡張インターフェース)」にi.MX6ULLのピン名やコントローラー名を記載しておりますので、是非ご活用ください。

[ティップ]

Armadillo-610 マルチプレクス表はlink:「アットマークテクノ Armadilloサイト」からダウンロードしてください。

Armadillo-610の拡張ボードを設計開発するためのリファレンスボードとして、 Armadillo-610 拡張ボードの回路図を公開しています。 Armadillo-610 拡張ボードでは、以下の機能の拡張方法を確認することが可能です。

  • 電源
  • 起動デバイス設定
  • LAN(Ethernet)、無線LAN
  • USB HUB、USB Host、USB OTG
  • SD
  • LCD [20]
  • RS485、UART(デバッグ用)
  • MQS、SAI [20]
  • 絶縁デジタル入出力
  • リアルタイムクロック
  • スイッチ、LED
  • A/D、I2C
[ティップ]

Armadillo-610 拡張ボードの回路図/部品表[21]はlink:「アットマークテクノ Armadilloサイト」からダウンロードしてください。

19.1.1. 回路設計

19.1.1.1. 電源

Armadillo-610の電源電圧は3.6~4.5Vです。 拡張ボード側にUSB Hostを搭載するのであれば、USBデバイスに供給するための5Vが必要となりますので、 拡張ボード側の主電源を5VにしてUSBへの供給電源とし、 5Vを3.6~4.5Vの電圧に降圧して、Armadillo-610に供給するのがおすすめです。

Armadillo-610 拡張ボードでは、5Vを3.7Vに降圧して Armadillo-610に供給する回路を確認することができます。 抵抗値で出力電圧を変更できるタイプのDC/DCコンバータを採用しておりますので、別の電圧値が必要な場合は、抵抗値を変更することで対応可能です。

電源は拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)のVINピンから供給します。CON2に搭載している100ピンのコネクタは、1ピンあたり流せる電流値が最大0.3Aです。 VINピンは全部で4本ありますので、CON2から供給できる電流値は最大1.2Aとなります。

CON2から、5V電源(+5V_IO)、3.3V電源(+3.3V_IO)が拡張ボード用に出力されています。+5V_IOは最大600mA、+3.3V_IOは最大500mAまで供給可能ですが、 Armadillo-610への最大供給電流が1.2Aであるため、必ずしも最大まで出力することはできません。 各最大電流値を超えないように外部機器の接続、供給電源の設計を行ってください。

全体の消費電力が少ないのであれば、Armadillo-610へは3.6~4.5V電源を直接供給し、5V電源、3.3V電源をArmadillo-610からの出力で賄うという構成も可能です。

Armadillo-610の電源投入時、+5V_IOはArmadillo-610の電源(VIN)とほぼ同時に立ち上がり、 一定時間VINと同電位を維持した後、ソフトウェアから有効にされたタイミングで5Vまで立ち上がります。 +5V_IOは、VINを昇圧して5V電源を生成しているため、+5V_IOからの出力電圧をVIN以下にすることはできません。 +5V_IOの出力無効時はVINと同電位の電圧が出力され、+5V_IOの出力有効時は+5Vが出力されます。 +5V_IOの出力を0Vにしたい場合は、電源制御のためのパワースイッチの搭載をおすすめします。

15章電気的仕様でArmadillo-610の電気的仕様について説明しておりますので、詳細についてはこちらでご確認ください。

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図19.3 電源回路例


19.1.1.2. 起動デバイスの設定

Armadillo-610は下記2つのデバイスから起動が可能です。

  • オンボードeMMC
  • microSDカード(Armadillo-610: CON1)

どちらのデバイスから起動するかは、eFUSEもしくは拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)のBJP1ピンで 設定します。eFUSEで設定する方法については、付録A eFuseをご確認ください。 BJP1ピンの状態は、Armadillo-610の電源(VIN)投入時に読み出され、起動デバイスが選択されます。

表19.1 BJP1の状態と起動デバイス

BJP1 起動デバイス

Low

eMMC

High

microSDカード


BJP1ピンはArmadillo-610上で47kΩでプルダウンされているため、 eMMCから起動したい場合はBJP1ピンをオープン、microSDカードから起動したい場合は、 BJP1ピンを+3.3V_IOにプルアップ(抵抗値は1kΩ程度)してください。

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図19.4 起動設定ジャンパー例


[注記]

起動デバイスをmicroSDカードに設定した場合でも、 microSDスロットにmicroSDカードが挿さっていなかった場合は、 eMMCから起動します。 [22]

[注記]

出荷時、i.MX6ULLの起動デバイスに関するeFUSEは未設定です。

[注記]

eFUSEを設定した場合、BJP1の設定は無視されます。

[警告]

eFUSEは一度書き込むと元に戻すことができません。 eFUSEの設定によってはArmadillo-610が正常に動作しなくなる可能性がありますので、 書き込みを行う際には細心の注意を払うようお願いいたします。 eFUSEの設定によって異常が起こった場合は、保証対象外となります。

19.1.1.3. LAN(Ethernet)

LANを拡張する場合は、拡張ボード側にトランスとLANコネクタ、LEDを搭載してください。 拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)にはEthernet PHYの送受信の信号線およびLANのスピードLED、 アクティビティLED用の信号線が接続されています。

回路の詳細はArmadillo-610 拡張ボードで確認することが可能です。

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図19.5 LAN(Ethernet)接続例


19.1.1.4. 無線LAN

無線LANを拡張する場合、Armadillo-WLAN(AWL13)がおすすめです。 Armadillo-WLAN(AWL13)はUSB起動モードでArmadillo-610に接続することが可能です。

Armadillo-WLAN(AWL13)を搭載する場合は、電源制御のためのパワースイッチも搭載してください。 パワースイッチのイネーブルピン制御のためのGPIOは電源投入時、プルアップされていないものを選定してください。 5V電源が必要ないUSBデバイスを使用する場合でも、USB PHYへの電源供給のためUSB_OTGx_VBUSピンへダイオード経由で5Vを入力する必要があります。

回路の詳細はArmadillo-610 拡張ボードで確認することが可能です。 Armadillo-610 開発セットにArmadillo-WLAN(AWL13)は付属しませんので、 動作を確認する場合は別途購入が必要となります。

[ティップ]

Armadillo-WLANモジュール(AWL13)の仕様については、Armadilloサイトで公開しているArmadillo-WLAN(AWL13)の各種ドキュメントをご確認ください。

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図19.6 Armadillo-WLAN(AWL13)接続例


19.1.1.5. USB

USBは2ポート拡張可能で、Hostは最大2ポート、OTGは最大1ポート拡張することが可能です。

USB Hostを拡張する場合は、USBデバイスへ供給する電源制御のためのパワースイッチを搭載してください。 パワースイッチのイネーブルピン制御のためのGPIOは電源投入時、プルアップされていないものを選定してください。 USB_OTGx_VBUSピンを使用しない場合でも、デバイス検出のためにダイオード経由で5Vを入力する必要があります。

USBポートが3ポート以上必要な場合は、USBハブを接続してください。

Armadillo-610 拡張ボードでは、USBハブ、Host、OTGの回路を確認することが可能です。拡張ボードで採用しているUSBハブは3ポート品ですが、ピンコンパチで4ポート品もラインアップされているので、そちらもご検討ください。

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図19.7 USB Host接続例


19.1.1.6. シリアル(UART)

Armadillo-610のシリアル(UART)の信号レベルは+3.3V_IOですので、 必要なインターフェースの規格に合わせて、レベル変換IC等を拡張ボード側に搭載してください。

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図19.8 シリアル(UART)接続例


[警告]

i.MX6ULLのCTS、RTS信号は一般的なUARTの信号と名前が逆になっています。 誤接続にご注意ください。

[ティップ]

デバッグやメンテナンス用途であれば、拡張ボード上にレベル変換ICを搭載せずに、 外付けのレベル変換アダプタを使用するのもおすすめです。 レベル変換アダプタは、弊社からもオプションで購入することが可能です。

19.1.1.7. SD

SDホストコントローラ(uSDHC2)を使用できる信号線がSDインターフェース(Armadillo-610: CON1)と 拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)に接続されており、 SDホストコントローラはどちらか一方でしか使用することができません。

SDスロットを基板端に配置したい場合やSDIO接続のデバイスを拡張したい場合などにご使用ください。

SDスロットを拡張する場合、SDカード検出、ライトプロテクト検出は GPIOで行うことが可能ですので、専用ピンを割り当てる必要はありません。

BJP1ピンをHighレベルにしてArmadillo-610の電源(VIN)を投入した場合、 SDインターフェース(Armadillo-610: CON1)に接続されたmicroSDカードがブートデバイスに設定されます。 電源投入時、SDホストコントローラ(uSDHC2)はSDインターフェース(Armadillo-610: CON1)に接続されており、 microSDカードに書き込まれたイメージファイルから起動します。 起動後、マルチプレクスの設定により、SDホストコントローラ(uSDHC2)の接続先が変更になるため、拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)側のデバイスがブートデバイスになることはできません。

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図19.9 SD接続例


SD2_DATA3として使用可能なGPIO3_IO28ピンはブートモード設定ピンを兼用しています。 Armadillo-610の電源(VIN)投入時にLowレベルを保持する必要があり、47kΩのプルダウン抵抗が接続されています。 ただし、SDカード等が正常動作するには、SD2_DATA3にプルアップ抵抗が必要となるため、 Armadillo-610の電源(VIN)投入時は立ち上がらない電源でプルアップ(抵抗値は15kΩ程度)し、 起動後にプルアップ抵抗の接続された電源を立ち上げる等の対処が必要となります。

SDスロットを拡張する回路の詳細は、Armadillo-610拡張ボードで確認することが可能です。

19.1.1.8. スイッチ、LED、リレー

スイッチやLED、リレーを拡張する場合は、GPIOを割り当てます。 GPIOに割り当て可能なピンは多数ありますので、 プルアップ/プルダウン抵抗の有無と電圧レベルを確認して、使用するピンを決定してください。

拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)には、i.MX6ULLの信号線が直接接続されています。 スイッチは人の手で操作するインターフェースですので、 静電気等による内部回路の故障を防ぐため、電流制限抵抗を接続することをおすすめします。

LED、リレーはGPIOピンで直接駆動せずにトランジスタ等を経由して駆動してください。

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図19.10 スイッチ、LED、リレー接続例


19.1.1.9. リアルタイムクロック

i.MX6ULL内蔵のリアルタイムクロックのバックアップ用のピン(RTC_BAT)が 拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)に接続されていますので、 Armadillo-610の電源(VIN)を切断しても時刻データを保持したい場合にバッテリー等を接続してください。

i.MX6ULL内蔵のリアルタイムクロックは、一般的なリアルタイムクロックICよりも 消費電力が高いため、外付けバッテリーの消耗が速くなります。

バッテリーの消耗が製品の運用に支障をきたす場合は、 消費電力が少ないリアルタイムクロックを拡張ボード側に搭載してください。

19.1.1.10. LCD

デジタルRGB入力を持つ液晶パネルモジュールなどを接続することができます。 Armadillo-610 拡張ボードでは、以下のタッチパネルLCDを接続するための回路を確認することが可能です。

  • LCDオプションセット(7インチタッチパネルWVGA液晶)(型番: OP-LCD70EXT-00)、
  • Armadillo-400シリーズLCDオプションセット(4.3インチタッチパネルWQVGA液晶)(型番: OP-A400-LCD43EXT-L01)

Armadillo-610 開発セットにLCDオプションセットは付属しませんので、 動作を確認する場合は別途購入が必要となります。

オプションセットの詳細につきましては「LCDオプションセット(7インチタッチパネルWVGA液晶)」「Armadillo-400シリーズLCDオプションセット」をご確認ください。

19.1.1.11. オーディオ

I2Sで最大2ポート、MQSで最大1ポート、S/PDIFで最大1ポートオーディオを拡張することが可能です。 MQSは拡張ボード側にオーディオアンプを搭載するだけで良いので、高品質な音が必要でない場合にはおすすめです。 SAI、S/PDIFを使用する場合は、オーディオコーデックとオーディオアンプ等を拡張ボード側に搭載してください。

MQSの回路はArmadillo-610 拡張ボード、I2Sの回路はArmadillo-400シリーズ LCDオプションセットのLCD拡張ボードで確認することが可能です。

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図19.11 MQS接続例


19.1.1.12. リセットスイッチ

拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)のEXT_RESET_Bピン、PWRONピンによりリセットスイッチを拡張することが可能です。 押していない時はオープン、押した時はGNDとショートするスイッチを接続してください。

スイッチは人の手で操作するインターフェースですので、 静電気等による内部回路の故障を防ぐため、電流制限抵抗を接続することをおすすめします。

EXT_RESET_Bピンではシステムリセット、PWRONピンではパワーマネジメントICからの電源の供給/切断の制御が可能です。 それぞれの機能の詳細については、「リセット回路の構成」「外部からの電源制御」をご確認ください。

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図19.12 PWRON回路例


19.1.1.13. ONOFFスイッチ

拡張インターフェース(Armadillo-610: CON2)のONOFFピンにより、長押しで電源の制御を行うスイッチを拡張することが可能です。 押していない時はオープン、押した時はGNDとショートするスイッチを接続してください。

スイッチは人の手で操作するインターフェースですので、 静電気等による内部回路の故障を防ぐため、電流制限抵抗を接続することをおすすめします。

ONOFFピンの機能の詳細については「外部からの電源制御」をご確認ください。

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図19.13 ONOFF回路例


19.1.2. 基板形状

Armadillo-610の拡張ボードを設計する際の、推奨レイアウトは図19.14「拡張ボード推奨レイアウト」のとおりです。

Armadillo-610との接続コネクタは、HIROSE ELECTRIC製のDF40HC(3.0)-100DS-0.4V(51)を搭載してください。 嵌合高さは3mmとなりますので、Armadillo-610の下に部品を配置する場合、部品高さにご注意ください。

固定穴径とパッド寸法はマックエイト製のスルーホールタップ(TH-1.6-3.0-M3)を 実装する場合の推奨となります。 別の方法で固定する場合は適宜寸法を変更してください。

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図19.14 拡張ボード推奨レイアウト


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DF40HC(3.0)-100DS-0.4V(51)/HIROSE ELECTRIC
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Armadillo-610側の最大部品高さ: 2mm

Armadillo-610の固定穴はGNDに接続されています。 GND強化のため、拡張ボード側の固定穴もGNDに接続し、金属製のスペーサーとねじで固定してください。 スペーサーの長さはコネクタの嵌合高さと同じ3mmとしてください。

Armadillo-610の固定例は図19.15「Armadillo-610の固定例」のとおりです。

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図19.15 Armadillo-610の固定例


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なべ小ねじ(M3、L=5mm)
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スルーホールタップ(TH-1.6-3.0-M3/Mac-Eight)
[ティップ]

Armadillo-610の固定穴は4箇所ありますが、 コネクタから離れた位置の2箇所のみ、スペーサーとねじで固定して各種試験を行い、 動作に異常がないことを確認しております。 試験の詳細につきましては、「アットマークテクノ Armadilloサイト」の 「Armadillo-610 信頼性試験報告書」にてご確認ください。

19.2. 製品化に向けて

Armadillo-610を組み込んだ基板からの放射ノイズを減らしたり、ESD耐性を向上させるさせるための情報を紹介します。

19.2.1. 放射ノイズ

フレキシブルフラットケーブル(FFC)を使用して拡張を行った場合、 放射ノイズが問題になる場合があります。 特に、オーディオアンプのような電力が大きく変動するデバイスを FFCで接続する拡張ボードに搭載している場合、 FFCのGND線の接続のみでは強い放射ノイズが発生する可能性があります。 放射ノイズを減らすために、以下の対策が効果的です。

  • シールド付FFCを使用する

    • 長さが余る場合は、ケーブルを折りたたむ
    • シールドは拡張ボードのGNDに接続する
  • 固定穴をGNDと接続し、固定穴同士を太い導線や金属スペーサー等で接続する
  • 未使用の拡張ピンはLowレベル出力とする
  • 使用する拡張ピンはコンデンサ(1000pF程度)を介してGNDと接続する

19.2.2. ESD/雷サージ

Armadillo-610を組み込んだ機器のESD耐性を向上させるために、以下の対策が効果的です。

  • 金属筐体に組み込み、GND(固定穴等)を金属ねじ等で接続する
  • 金属筐体を接地する

Armadillo-610を組み込んだ機器に接続されたケーブルが屋外に露出するような設置環境では、 ケーブルに侵入した雷サージ等のストレスによりインターフェース回路が破壊される場合があります。 ストレスへの耐性を向上させるために、以下の対策が効果的です。

  • 通信対向機とのGND接続を強化する
  • シールド付きのケーブルを使用する


[20] Armadillo-400 シリーズLCD オプションセットのLCD拡張ボードの回路図も合わせてご確認ください。

[21] Armadillo-610 拡張ボードの回路図、部品表は購入者向けの限定データです。

[22] eFUSEでeMMCからの起動を禁止した場合を除きます