工控主板分类及选型要领

2022-10-24 来源：

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在工控领域，设备自动化升级普遍采用购买工控主板或工控机，来快速实现数据采集或控制功能。这种硬件搭积木应用软件自研的模式你个加快产品上市和易被系统集成商接受。工控主板选型有二个维度，一是选择CPU/SoC平台，二是选择主板的机箱规格和PCBA质量。工控主板是主要用于工业电脑来帮助处理工业类项目的专用型主板，采用低功耗芯片，节省能耗、抗潮抗高温。因为需要适应一些恶劣的工业环境，所以对其性能有很高的要求。因此，严格的质量标准是一个先决条件。我爱方案网中推出了很多设计优化的工控主板方案，今天重点给大家介绍工控主板的分类及选型的二个维度要领。

工控主板分类及选型要领

CPU/SoC平台选择的考虑

SoC是设计开发平台级，工程师通过迭代开发，不断优化，方案设计效率提高，BUG补丁减少，才能把稳定性保持在较高的水平。所以平台级CPU/SoC选型非常重要，进入开发阶段后，切换门槛高，元器件采购成本和工程师学习成本都很大。我爱方案网归纳出SoC平台选择要从应用领域，芯片构架，实现方式和国别产地来评估，其中应用领域和可采购性设计是方案商最关心的问题。

1. 应用领域，SoC起源于手表手环，音视频播放机，发展到高端AI边缘计算和细分市场电机驱动等特定功能

2. 芯片构架，x86, 51，ARM，MIPS，RISC-V，以及行业细分小众构架

3. 实现方式，ASIC，FPGA，MCM(multi-chip module) 多芯片组件, COB (裸片上板chip on board)

4. 国别产地，美国、欧洲、日韩，中国

中国SoC发展速度非常快，过去二年缺货，给国产SoC替代进入主流应用巨大机遇。国产SoC原厂，在四个应用领域，形成市场主导地位，以发展进程时间排列：

1. 手表手环蓝牙音箱TWS等：炬芯、协理，瑞昱，MTK，中科蓝讯

2. 显控多媒体/AI：海思，瑞芯微，北京君正，全志

3. 高级计算/AI：紫光展讯，中科龙芯，飞腾，国科微，地平线，商汤

4. 特定控制/MCU/FPGA：中科昊芯，安陆，复旦微，紫光同创，芯海科技

PART 01工控主板的分类

智能化制造进入工业4.0时代，工业控制技术开始向网络化迈进。相关产品如工控主板就正朝着智能化、网络化方向发展。常用的工控主板主要有四类。

①ATX主板，常见的ATX大母板，大长方形，一般7个扩展槽，尺寸大约是305x244mm。ATX板仍然是当今使用最广泛的板之一，可以与采用ATX组件的当前应用集成。扩展的尺寸提供了可伸缩性的好处，同时还包括根据应用程序的需求添加无线适配器选项或声卡的功能。

②MicroATX主板：常见大正方形，一般4个扩展槽，尺寸大约244x244mm，MicroATX主板允许四个PCI扩展槽，DIMM插槽为2-3个，从横向减小了主板宽度，其总面积减小约0.92平方英寸。

③Mini-ITX主板：它是用来设计用于小空间小尺寸的专业计算机的，如用在汽车、置顶盒以及网络设备中的电脑，但Mini-ITX主板也可用于制造瘦客户机。常见的mini-ITX主板是小正方形，1个扩展槽，尺寸大约是170x170mm。由于体积小，存在局限性，因为与具有更多高级功能空间的标准尺寸板相比，可用的兼容电气配置和计算组件较少。

④EATX主板：EATX主板主要用于Rackmount服务器系统。它通常用于双处理器和标准 ATX 主板上无法胜任的服务器上，标准尺寸为305mm × 330 mm，有12个插槽，体积为正方形，如果是至强CPU,E5以上还可以支持2个CPU。EATX主板上半部分的固定螺丝位和 ATX 相同，多用于高性能PC整机和工作站中。

PART 02工控主板的选型要领

工控主板的选型包括质量的好坏，性能的需求等方面。选择好的工控主板，有以下几种方法：

①主板的品质

工控主板由绝缘、隔热和不易弯曲的材料制成。质量好的工控主板，PCB板色彩和光泽几乎保持一致，且大部分主板层数为6-10层，PCB板层数越多，抗干扰能力越强。另外还要观察主板是否平整，有无毛刺，上面标识的文字是否清晰，焊点是否干净等。

②电源电路

电源电路是工控主板上的CPU、存储器和芯片组等电子元件提供电源的装置。一级电源多采用数字开关电源，要求纹波小，宽温工作，EMC测试认证等。二级电源一般是LDO的DCDC直流电源，现在过程LDO芯片很好用，稳定性都达标，不需要特别追求欧美电源IC。

③主板用料

电容，电感，主板上提供的电源开关按钮、Debug 灯这些都算是用料的一部分，还有一些主板上采用了双 BIOS 设计，这些用料上的区别都是值得注意的。主板上的 CPU供电相数是一个重要指标，因为相数越多，一般来说就可以提供更高的供电功率，同时电流的供应也会更加平稳，电压波动较小，从另一个方面来说，供电相数越多，要使用的电感、电容、Mosfets 管都是要更多的，花在这里的成本也会越高。

④电容的品质

电容是工控主板中非常重要的电子元件，用来保证电压和电流的稳定，它的容量和质量会影响主板的稳定性和寿命。电容的种类大致可以分为三种:陶瓷电容、电解电容和固态电容，根据各自的特点和发挥的作用分布在主板的不同位置。目前较好的IPC主板均采用固态电容。

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。虽然对于大多数用户来说，接口提供的双网络端口和多串口可能不会被使用，但这对于有需要的用户来说更为重要。同时，USB接口的数量有时会影响使用体验。

PART 03嵌入式工控主板选择

嵌入式工控主板是嵌入在设备里面做数据处理的CPU板，尺寸比较小，常用于工控机，如ATM等工控设备。嵌入式主板分为两大类：基于X86的嵌入式主板，Intel的X86处理器属于CISC系统；基于RISC的ARM嵌入式主板。

按照Windows操作系统和安卓操作系统来区分。一般来说，因为安卓嵌入式工控主板将内存等其他东西集成在一起，无需搭配其他配件，所以价格会低一些。安卓嵌入式工控主板功耗更低，没有背光情况下，主板功耗在1W左右；安卓嵌入式工控主板不会发热；数据更加安全。

总结：

目前，工控主板已广泛应用于工业自动化、机器视觉、人脸识别、医疗、自助终端、金融等领域。用户对其功能、兼容性和可靠性提出了更高的要求。选择合适的工控主板尤为重要。

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