工控主板分類及選型要領

2022-10-24 來源：作者：深圳市中電網絡技術有限公司

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在工控領域，設備自動化升級普遍采用購買工控主板或工控機，來快速實現數據采集或控制功能。這種硬件搭積木應用軟件自研的模式你個加快產品上市和易被系統集成商接受。工控主板選型有二個維度，一是選擇CPU/SoC平臺，二是選擇主板的機箱規格和PCBA質量。工控主板是主要用于工業電腦來幫助處理工業類項目的專用型主板，采用低功耗芯片，節省能耗、抗潮抗高溫。因為需要適應一些惡劣的工業環境，所以對其性能有很高的要求。因此，嚴格的質量標準是一個先決條件。我愛方案網中推出了很多設計優化的工控主板方案，今天重點給大家介紹工控主板的分類及選型的二個維度要領。

工控主板分類及選型要領

CPU/SoC平臺選擇的考慮

SoC是設計開發平臺級，工程師通過迭代開發，不斷優化，方案設計效率提高，BUG補丁減少，才能把穩定性保持在較高的水平。所以平臺級CPU/SoC選型非常重要，進入開發階段后，切換門檻高，元器件采購成本和工程師學習成本都很大。我愛方案網歸納出SoC平臺選擇要從應用領域，芯片構架，實現方式和國別產地來評估，其中應用領域和可采購性設計是方案商最關心的問題。

1. 應用領域，SoC起源于手表手環，音視頻播放機，發展到高端AI邊緣計算和細分市場電機驅動等特定功能

2. 芯片構架，x86, 51，ARM，MIPS，RISC-V，以及行業細分小眾構架

3. 實現方式，ASIC，FPGA，MCM(multi-chip module) 多芯片組件, COB (裸片上板chip on board)

4. 國別產地，美國、歐洲、日韓，中國

中國SoC發展速度非常快，過去二年缺貨，給國產SoC替代進入主流應用巨大機遇。國產SoC原廠，在四個應用領域，形成市場主導地位，以發展進程時間排列：

1. 手表手環藍牙音箱TWS等：炬芯、協理，瑞昱，MTK，中科藍訊

2. 顯控多媒體/AI：海思，瑞芯微，北京君正，全志

3. 高級計算/AI：紫光展訊，中科龍芯，飛騰，國科微，地平線，商湯

4. 特定控制/MCU/FPGA：中科昊芯，安陸，復旦微，紫光同創，芯海科技

PART 01工控主板的分類

智能化制造進入工業4.0時代，工業控制技術開始向網絡化邁進。相關產品如工控主板就正朝著智能化、網絡化方向發展。常用的工控主板主要有四類。

①ATX主板，常見的ATX大母板，大長方形，一般7個擴展槽，尺寸大約是305x244mm。ATX板仍然是當今使用最廣泛的板之一，可以與采用ATX組件的當前應用集成。擴展的尺寸提供了可伸縮性的好處，同時還包括根據應用程序的需求添加無線適配器選項或聲卡的功能。

②MicroATX主板：常見大正方形，一般4個擴展槽，尺寸大約244x244mm，MicroATX主板允許四個PCI擴展槽，DIMM插槽為2-3個，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：它是用來設計用于小空間小尺寸的專業計算機的，如用在汽車、置頂盒以及網絡設備中的電腦，但Mini-ITX主板也可用于制造瘦客戶機。常見的mini-ITX主板是小正方形，1個擴展槽，尺寸大約是170x170mm。由于體積小，存在局限性，因為與具有更多高級功能空間的標準尺寸板相比，可用的兼容電氣配置和計算組件較少。

④EATX主板：EATX主板主要用于Rackmount服務器系統。它通常用于雙處理器和標準 ATX 主板上無法勝任的服務器上，標準尺寸為305mm × 330 mm，有12個插槽，體積為正方形，如果是至強CPU,E5以上還可以支持2個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整機和工作站中。

PART 02工控主板的選型要領

工控主板的選型包括質量的好壞，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

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

②電源電路

電源電路是工控主板上的CPU、存儲器和芯片組等電子元件提供電源的裝置。一級電源多采用數字開關電源，要求紋波小，寬溫工作，EMC測試認證等。二級電源一般是LDO的DCDC直流電源，現在過程LDO芯片很好用，穩定性都達標，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 設計，這些用料上的區別都是值得注意的。主板上的 CPU供電相數是一個重要指標，因為相數越多，一般來說就可以提供更高的供電功率，同時電流的供應也會更加平穩，電壓波動較小，從另一個方面來說，供電相數越多，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越高。

④電容的品質

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定，它的容量和質量會影響主板的穩定性和壽命。電容的種類大致可以分為三種:陶瓷電容、電解電容和固態電容，根據各自的特點和發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。雖然對于大多數用戶來說，接口提供的雙網絡端口和多串口可能不會被使用，但這對于有需要的用戶來說更為重要。同時，USB接口的數量有時會影響使用體驗。

PART 03嵌入式工控主板選擇

嵌入式工控主板是嵌入在設備里面做數據處理的CPU板，尺寸比較小，常用于工控機，如ATM等工控設備。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；基于RISC的ARM嵌入式主板。

按照Windows操作系統和安卓操作系統來區分。一般來說，因為安卓嵌入式工控主板將內存等其他東西集成在一起，無需搭配其他配件，所以價格會低一些。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發熱；數據更加安全。

總結：

目前，工控主板已廣泛應用于工業自動化、機器視覺、人臉識別、醫療、自助終端、金融等領域。用戶對其功能、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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