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制作自己的嵌入式 Linux 电脑 当今所有最好的集成电路都大规模的使用 BGA 封装法来焊接。因为 BGA 封装法连 接在芯片底下，焊接更紧，需要使用回流焊箱或者热印版。另一个问题是 设计 PCB （印刷电路板）时，过孔和引线之间的焊接球需要足够小，主板上通常需要 更多层来为紧挨的引线来腾出空间，这意味着一个廉价的中国产的两层主板没 有足够的空间，所以需要更多的层。附加层则会显著提高主板的成本 ，就算只 多了几个拷贝。 我想设计一款内置 BGA 芯片的主板来体验下焊接它们究竟是有多难。于是我决定 设计一个可运行 Linux 的小型ARM 嵌入式系统，使用的 ARM 处理器 是在一个 217 球的 LFBGA 包中的 AT91SAM9N12，只是因为在带有运行 Linux 必需的内存管理单 元的 ARM 处理器中，它是最便宜的。起初我只 想用一块 BGA 芯片，但是 BGA 包 中的RAM 比其他包里要便宜很多，所以我就决定在BGA 包也增加一块 DDR2 （Double Data Rate 2）的内存。 为最大化可用空间定位过孔。 结果寻找主板生产商还颇费了一番周折。两层的空间是还不够的，至少需要4 层。217-LFBGA 包的球直径是 0.4mm，临接球的距离是 0.8mm。为了给过孔多留 些空间，球的焊盘布局做的要比焊球要稍小一些。我用的 0.36mm 的焊盘。在4 个球之间放置过孔会最大程度的利用可用空间。厂 商要能制造可以放进 0.8mm 宽度的过孔。几乎所有厂商都可以制造这种直径大小的过孔，但问题是：这个距 离包括了过孔的钻孔直径，两倍的过孔绕环的宽度 ，两倍的过孔和引线之间的 最小距离。比如，iTead 的4 层主板最小的过孔钻孔直径是 0.3mm， 最小环宽度 是 0.15mm，过孔和引线的最小距离是 0.15mm，加起来是 0.9 mm，这意味着最小 尺寸的过孔不能放在 BGA 球之间。我发现的唯一一家可以实现这一要求而且价钱 相对合理的生厂商是 OSH parks。他们的四层主板有更小的限制，过孔刚刚可以 放进 BGA 球里面。额外的好处是，对于小主板而言，它要比 iTead 更便宜一些。 在 OSH park 设计原则下最小的过孔，刚刚能放下。 即使过孔可以放进BGA 球中间，仍然有一些问题：过孔中间没有足够的空间走 线。这意味着要让每一个焊盘都有一个过孔的标准布线通道是不可能了。这就是 说主板需要有足够的未经连接的焊盘，所以过线需要从里面进行布置。幸运的是， 处理器还有很多通用的未连接的 I/O 引脚。 … 如果不违反设计原则的话，过线就不能正好在两个过孔之间穿过。CAS 过线 没有足够的空间来放入 DQM0 和 D15 过孔。 生产问题解决了，是时候开始想想主板上该放哪些部件了。我并不很在乎这块主 板的实际用处，相对于用处而言，整个项目更是一个学习的过程。为了降低成本， 主板的尺寸要小。这意味着不会为其他额外的接口预留空间，比如：以太网，串 口或者SD 卡。 除了处理器和 RAM 外，其他必需的部件是：大内存，电压调整器，以及处理芯片 重置的监控电路。处理器可以从 NAND 启动，但是以防万一我决定为引导 装载程 序加入 Dataflash （数据闪存），虽然最终会很少被用到。对于大内存而言，NAND 是一个很好的选择因为他容量大又便宜。在 BGA 包中加入会 更便宜些，但我已 经被两个 BGA 包折腾的够呛了，所以我决定在一个 48 引脚的TSOP （薄型小尺寸 封装）包里面使用 4GB 的NAND。连接各个组件在处理 器的清单表中已经解释的 很好了，但是在上千页的文档中要找到全部的细节还是很难的。Atmel 也发布了 一个试用板的原理图，在设计主板时会很有帮助。 DDR2 引线空间应该有一定的自由度。正常的引线应该长度合适，有可控的阻抗 和可以终止或者串联电阻。在开发板的参考设计中，所有 DDR2 的信号使用了串 联电阻。 我没有足够的空间放置他们，所以我决定暂且放着不管。阻抗也不是 50 欧姆，因为我必须使用小一些的引线来填充其他的空间。我希望的是，因为 RAM 更靠近处 理器，就算缺少串联电阻箱或者阻抗不匹配，关系也不大。所有 从 CPU 到 RAM 的连线大约是 25mm 长。通常的经验是：如果引线的长度要超过信 号波长的 10%时，转换线的影响应该被考虑进去。这种情况意味着频率大约在 1 GHz 以上。RAM 的时钟频率只有 133 MHz， 甚至头几个谐波还在 1 GHz 以下，这 预示着应该会正常工作。为了保证可行，我几乎完全匹配了引线的长度，但这也 许