本文档定义了 OpenNeuro Zone Controller 的硬件架构、电路设计规范、BOM 清单和设计约束。
文档版本: v1.0
创建日期: 2026年1月20日
目标发布: 2026年9月 (v1.0 量产版)
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│ ZONE CONTROLLER │
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│ │ RK3588 SoC 系统 │ │
│ │ ├─ CPU: 8-core ARM Cortex (A76/A55) │ │
│ │ ├─ GPU: Mali-G610 MP4 │ │
│ │ ├─ RAM: 8GB LPDDR5 │ │
│ │ ├─ eMMC: 256GB 存储 │ │
│ │ └─ 整合网络 MAC + PHY │ │
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│ ▼ ▼ │
│ ┌────────────────────┐ ┌────────────────────┐ │
│ │ Ethernet Port 1 │ │ Ethernet Port 2 │ │
│ │ (Gigabit, RJ-45) │ │ (Gigabit, RJ-45) │ │
│ │ + PTP 时间戳 │ │ + PTP 时间戳 │ │
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│ ┌──────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 扩展接口 │ │
│ │ ├─ USB 3.0 x2 (5 Gbps) │ │
│ │ ├─ PCIe 3.0 x4 (16 Gbps) │ │
│ │ ├─ GPIO 40-pin (RPI 兼容) │ │
│ │ ├─ UART x2 (调试) │ │
│ │ └─ SPI/I2C (传感器接口) │ │
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│ ┌──────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 电源管理与散热 │ │
│ │ ├─ 电源: 12V/24V 宽范围输入 │ │
│ │ ├─ 转换器: 多个 DC-DC 转换器 │ │
│ │ ├─ 保护: 过流/过温保护 │ │
│ │ └─ 散热: 被动散热 + 风扇接口 │ │
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| 模块 | 主要芯片 | 功能 | 规格 |
|---|---|---|---|
| 处理器 | Rockchip RK3588 | 主计算单元 | 8-core ARM, 8GB RAM |
| 网络 1 | RTL8211FD | Gigabit PHY | 1000 Base-T |
| 网络 2 | RTL8211FD | Gigabit PHY | 1000 Base-T |
| 电源 | MP2107 | DC-DC 降压 | 12V→3.3V, 5A |
| 存储 | Kingston eMMC | 数据存储 | 256GB |
| USB | VIA VL817 | USB 集线器 | 3x USB 3.0 |
| 连接器 | 各类 | I/O 扩展 | GPIO/UART/SPI |
- 输入电压范围: 10-24V DC
- 推荐工作点: 12V / 24V
- 最大输入电流: 3A @ 12V (36W)
- 保护: 反向极性保护、过流保护、过温保护
12V 输入 (3A)
│
├─► 降压转换器 1 (MP2107) → 3.3V, 5A (Max)
│ │
│ ├─► SoC 核心电压
│ ├─► DDR5 内存
│ ├─► 网络 PHY
│ └─► GPIO 和传感器接口
│
├─► 降压转换器 2 (MP2107) → 5V, 3A
│ │
│ ├─► USB 集线器
│ ├─► PCIe 接口电压
│ └─► 风扇电源
│
└─► 直接连接 → 12V 设备
│
└─► 外部扩展模块
| 位置 | 电容 | 数量 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 输入 | 100µF / 25V | 4 | 输入滤波 |
| 3.3V 输出 | 10µF / 10V | 10 | 输出滤波 |
| 5V 输出 | 10µF / 10V | 8 | 输出滤波 |
| SoC 近端 | 1µF / 10V | 20 | 去耦 |
| DDR 近端 | 1µF / 10V | 15 | 去耦 |
RK3588 RGMII 接口
│
├─► RTL8211FD PHY 芯片
│ │
│ ├─► 变压器耦合
│ │ (HR911105A with Magnetics)
│ │
│ └─► RJ-45 连接器
│ (Cat6a, PoE 就绪)
│
└─► 配置信号 (MDIO/MDC)
- 时间戳精度: ±10 ns
- 捕获触发: 网络报文接收/发送中断
- 时间戳源: SoC 内部 CLOCKSOURCE_ACPI_PM
- 同步时钟: PTP (IEEE 1588 v2)
8GB LPDDR5 分配:
├─ 1GB - Linux 内核 + 驱动
├─ 2GB - 根文件系统 (RFS)
├─ 3GB - 应用程序堆
├─ 1GB - 网络缓冲区
└─ 1GB - 预留 / 缓存
Designator,Part Number,Description,Quantity,Unit Price (¥),Total (¥),Supplier
M1,Orange Pi 5 Plus,RK3588 SoM Module,1,99,99,AliExpress/Taobao
U1,MP2107,3.3V 5A DC-DC Converter,1,8,8,Mouser
U2,MP2107,5V 3A DC-DC Converter,1,8,8,Mouser
U3,RTL8211FD,Gigabit Ethernet PHY,2,15,30,Taobao
U4,VIA VL817,USB 3.0 Hub Controller,1,25,25,Taobao
U5,Kingston eMMC,256GB Storage,1,40,40,Amazon
J1,HR911105A,RJ-45 with Magnetics,2,8,16,RS/Mouser
J2,USB Type-C,Charging Port,1,3,3,AliExpress
J3,GPIO Header,40-pin Connector,1,2,2,Taobao
J4,UART Header,2x2 Pin Header,2,0.5,1,Taobao
J5,SPI Header,6-pin Connector,1,1,1,Taobao
J6,I2C Header,4-pin Connector,1,0.5,0.5,Taobao
SW1,Power Switch,Slide Switch 3A,1,3,3,Taobao
C1-C4,100µF/25V,Bulk Capacitor,4,2,8,Taobao
C5-C13,10µF/10V,Filter Capacitor,10,0.5,5,Taobao
C14-C40,1µF/10V,Decoupling Capacitor,30,0.2,6,Taobao
R1-R50,1K/10K,Resistors,50,0.05,2.5,Taobao
LED1-3,Red/Green/Blue,Status LEDs,3,0.5,1.5,Taobao
CASE,Aluminum Shell,Heatsink Case,1,50,50,Taobao
THERMAL,Thermal Paste,Heat Transfer Compound,1,5,5,Taobao
PCB,Custom PCB,2-layer/4-layer,1,80,80,JLC/Taobao
MISC,Various,Connectors/Screws/etc,1,20,20,Various
TOTAL BOM COST,,,,,¥395.5,| 物料类型 | 推荐供应商 | 链接 | 优点 |
|---|---|---|---|
| 芯片 | Mouser | mouser.com | 品质好，支持国际 |
| 模块 | AliExpress | aliexpress.com | 价格便宜 |
| 无源器件 | 立创商城 | lcsc.com | 快速、品质有保证 |
| PCB | JLC PCB | jlcpcb.com | 快速、便宜、质量好 |
| 外壳 | Taobao | taobao.com | 定制选项多 |
| 组装 | 捷邦达 | jeaborad.com | 代工服务 |
当前单价: ¥395
目标成本 (100+ 批量): ¥320
优化策略:
- 采购量增加 → 单价下降 10-15%
- 国内供应商直购 → 减少中间商 5%
- 定制 SoM 模块 → 集成度提高 5-8%
外壳尺寸: 150mm (L) × 100mm (W) × 50mm (H)
材料: 铝合金 (6061-T6)
表面处理: 阳极氧化 (黑色)
I/O 端口布局:
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│ (前面板) │
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│ LED 指示灯 (3 个) │
│ ┌─ 电源 (绿) │
│ ├─ 网络 1 (黄) │
│ └─ 网络 2 (蓝) │
│ │
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(右侧面板)
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│ USB 3.0│ USB 3.0│ Power │
│ #1 │ #2 │ 12V/24V │
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(背面板)
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│ 网络端口 │ 网络端口 │
│ Eth-1 RJ45│ Eth-2 RJ45│
│ (黄) │ (蓝) │
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│ UART │ GPIO │
│ (调试) │ (扩展) │
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(底部)
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│ 散热孔阵列 (通风) │
│ ┌─ 防滑垫 (4 个角) │
│ └─ 安装孔 (4 个) │
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- 被动散热: 铝合金外壳 + 散热膏
- 最大功耗: 30W
- 温升限制: 工作温度 ≤ 40°C 时，外壳 ≤ 50°C
- 可选主动散热: 40×40 mm 风扇 (12V, <20dB)
✓ 电源输入: 12V/24V, 反向保护正常
✓ 电压输出: 3.3V ±5%, 5V ±5%
✓ 漏电流: <10mA
✓ 启动时间: <100ms
✓ 热稳定性: 30min 后温度稳定
✓ 网口 1 链接: 1000 Mbps 稳定
✓ 网口 2 链接: 1000 Mbps 稳定
✓ PTP 时间戳: ±10ns 精度
✓ 无丢包: 24h 1Gbps 流量
✓ USB 3.0 识别: 5 Gbps 正常
✓ PCIe 链接: Gen3 x4 16 Gbps
✓ GPIO 输出: 40-pin 全部正常
✓ UART 通信: 115200 baud 正常
✓ SPI/I2C: 正常工作
✓ 老化测试: 48h 连续运行, 无故障
✓ 温度循环: 0°C ~ 40°C, 5 个循环
✓ 电源瞬变: ±10% 电压瞬间变化, 系统稳定
✓ 重启循环: 100 次快速重启, 无故障
| 阶段 | 时间 | 任务 | 交付物 |
|---|---|---|---|
| 原理图设计 | W1-W2 | 电路设计 + 评审 | 原理图 + 评审记录 |
| PCB 设计 | W3-W4 | 布局布线 + DFM | PCB 文件 + Gerber |
| 样板制造 | W5-W6 | PCB 制造 + 组装 | 5-10 套样板 |
| 电气验证 | W7 | 性能测试 | 测试报告 |
| 固件集成 | W8-W10 | 驱动开发 + Linux 配置 | 完整固件 |
| 系统测试 | W11-W15 | 性能优化 + 可靠性测试 | 最终测试报告 |
| 文档完善 | W16-W20 | 设计文档 + 用户手册 | 完整文档集 |
- 电源设计的安全性和效率
- 网络接口的 EMI/EMC 合规性
- 散热设计的充分性
- 物料可获得性和成本合理性
- 制造工艺的可行性
- 测试计划的完整性
下一步: 组织硬件设计评审会议 (2026年1月27日)，启动原理图设计阶段。
评审参与者:
- 硬件工程师
- 固件工程师
- 采购人员
- 质量管理人员