Raspberry Pi Compute Module 5（CM5）Carrier Board 設計

需求說明

【目標】 設計一款基於 Raspberry Pi Compute Module 5 的專用 Carrier Board，支援雙網路、RS-485、HDMI、USB、64GB eMMC、M.2 NVMe SSD，具備 12–24VDC 廣域電源輸入，並搭配 4GB 或 8GB RAM 規格的 CM5 模組。 【功能介面】 乙太網路：RJ-45 ×2，Gigabit RS-485：1 組，半雙工，端子台，含方向控制與浪湧/ESD/過壓防護 HDMI：1 組，HDMI 2.0 等級，支援 4K@60 USB：Type-A ×2（建議 USB 3.2 Gen1；若一組僅能達 USB2.0，需註明） 儲存：CM5 模組內建 eMMC 64GB M.2 M-Key（PCIe Gen2 x1）支援 NVMe SSD RAM 規格：支援 CM5 模組 4GB 或 8GB LPDDR4X（由客戶選配） 其他：GPIO、Recovery/Boot、Power/Status LED、CM5 風扇座或 5V 風扇針座（選配） 【電源規格】 輸入：12–24VDC（容許範圍 10.8–28V） 保護：反接保護、過壓/欠壓、過流、輸入 TVS、EMI 濾波 轉換：高效率 DC-DC 降壓轉 5V，持續輸出能力 ≥ 5A（支援 CM5 + USB + M.2 峰值負載） 啟動與瞬變：冷開機浪湧限制、Brown-out 抗性、短暫跌落緩衝 連接器：DC 端子台或 DC-Jack（依需求選擇），具反接防呆設計 接地：單點接地、分區數模地、ESD 放電路徑就近落地 可選項目：PoE HAT 相容區或隔離 DC-DC 模組位置（不實裝） 【機構與散熱】 PCB：厚度 ≥ 1.6mm，4 層以上（建議 6 層） M.2 固定螺柱支援 2280 規格 散熱設計需考量 CM5（4GB/8GB RAM 版本）、M.2、USB、HDMI 的佈局與空間 RJ-45 採板載磁石件或模組變壓器 【訊號與高速設計】 HDMI、USB 3、PCIe 差分阻抗 100Ω ±10% RS-485 採差分收發器，終端/偏壓電阻可切換 高速接口加 ESD 保護 【安規與相容性】 EMC：以 CE/FCC Class B 為目標 安規：符合 CE/UL 要求的爬電距離與絕緣設計 環境條件：0–50°C（標準版），10–90%RH 無凝結；可選工業溫等級 【韌體/驅動配合】 提供裝置樹設定（雙 LAN、RS-485 UART、HDMI、USB、PCIe/M.2） 提供測試腳本（網路吞吐、RS-485 回環、NVMe、HDMI、USB） 【交付物】 原理圖（Altium/KiCad） PCB 檔與 Gerber BOM 與料件替代方案 組裝檔（Pick&Place、Paste layer） 測試規劃與測試報告（含電源、EMI、I/O 功能） 試產 5–10 片與量產建議 【驗收標準】 12–24VDC 輸入全範圍運作穩定 雙網路 Gigabit 穩定傳輸 RS-485 收發正常 HDMI 4K@60 顯示穩定 USB 與 NVMe 長時間穩定運作 待機與滿載溫升安全 支援並驗證 CM5 4GB/8GB RAM 版本模組