第九期 HG255d硬件分析《路由器就是开发板》

这一期从芯片级别分析HG255d的硬件结构，如果想把它作为开发板，那外壳可以拆开扔掉啦。我将HG255d的图片贴在下面，每个功能模块采用不同的颜色标记，然后分别说明。

HG255d正面PCB图：

HG255d背面PCB图：

HG255d的设计图纸并没有公开，但Ralink的芯片的Demo板的图纸还是可以找到的，在SDK的Datasheet的目录下有一个 V24SG-LNA.zip 文件，就是Ralink提供的基于RT3052的图纸，虽然和HG255d有很大的区别，但是有很高的参考价值，比如在供电和RF电路上，HG255d几乎没有改动的采用了Ralink提供的方案。
上图中橙色部分为为RT3052F的SOC芯片，右侧黄色为一个16MB的norflash芯片，背面黑色区域为两颗16bit的SDRAM芯片，两个芯片并联组成32bit位宽，大小32M的RAM，以上这些就组成了一个最小系统。
来看一下供电方面，HG255d电源是12V1A的开关电源，上图中4块紫色的区域为供电部分，一般CPU级别的供电都在3.3V以下，所以12V电源在经过滤波之后要通过stepdown的方式进行降压才能使用，右侧的三个紫色模块分别将AV电压降到5V，3.3V，1.5V，然后供给芯片使用，左侧的将紫的供电模块应该是供给VOIP模块使用的。

电压转换的原理图如上所示，各种电压的转换原理是一样的，只是R111和R113的比例不同，给U21的6引脚反馈的电压不同，决定转换出多少伏的电压。
青色区域是网络隔离变压器，其实不接隔离变压器也是可以工作的，但是传输距离和芯片的电气安全性都会受到限制，接网络变压器，主要用于信号电平耦合，其一增强信号驱动能力，可以传输更远的距离；其二，芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，增强抗电击和抗电磁脉冲的能力，总的来说网络变压器可以实现信号传输，阻抗匹配，波形修复，杂波抑制和高压隔离的作用。
左侧的棕色区域是VOIP模块，使用microsemi的ve8910解决方案，可以实现VOIP功能，但这些业务国内并没有普及。下面是官方提供的链接 http://www.microsemi.com/products/voice-line-circuits/ve890/ve8910
下图为microsemi提供的ve8910解决方案的原理图.

蓝色区域为一个OTP( One Time Programalbe )单面机，型号是CM5001H，应该就是上图中提到的VoIP Processor。
来看一下路由器比较关键的一个部分–信号放大电路，也就是图中的红色区域，先来了解两个概念：
LNA —- 低噪声放大器(Low Noise Amplifier)
PA —- 功率放大器(Power Amplifier)
LNA是低噪声放大器，主要用于接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的，往往信号远小于噪声，通过放大器的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，这就要求放大器能够抑制噪声。PA主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标就是输出功率大小，其次线性如何等等，一般用在发射机的最后一级。
LNA用在接收机由于对噪声要求很严格，所以其bias较低，这样就能实现很小的NF和很高的效率，但同时会导致线性区增益较低，最大输入功率不是很高（也可以说1dB压缩点吧）。PA主要是考虑高的线性区和高增益，其bias很高，这样也会造成PA效率降低。
独立的双LNA和双PA的路由器在低端市场已经少见，多数都集成到了SOC芯片内部，所以这也是HG255d比较受改装党们喜欢的原因，传说可以把发射功率改装到400mA。沿着两组RF功放电路可以看到两个边长1CM左右的正方形敷铜，这个就是两路天线，对于家用这种设计很节省空间，可惜国内好多人依然迷信全向外置天线，后期我们会将HG255d改装成外接天线，然后评测一下信号强度的区别。
路由器的基本结构相对于其他家用电器来说比较简单，基于现在芯片厂商的turnkey式解决方案，路由厂家可以在极短的时间内开发出自己品牌的路由器，当然，从现在的市场来看，随着产业的不断升级，路由器的硬件部分在路由器产业中的比重在逐渐变小，因为围绕路由器，或者路由器围绕某些服务而形成的生态系统才是发展的趋势。下面是RT3052官方给出的RT3052的block diagram。