Tecnología de PCB - Cómo mejorar el diseño de PCB de la placa de circuito Bluetooth

Guía de diseño de placas de circuito Bluetooth

Si no se toman ciertas precauciones, las placas de circuito impreso que utilizan la tecnología Bluetooth pueden sufrir interferencias, pérdida de datos y mala integridad de la señal. Esbozará muchas de las reglas y guías a tener en cuenta al seleccionar la tecnología Bluetooth para una aplicación específica, especialmente cuando se diseña como una placa de circuito.

Varias aplicaciones utilizan bluetooth, incluyendo:

Faros utilizados en centros comerciales

Marco de vórtice para aplicaciones de sensores industriales

Auriculares y productos de audio / estéreo

Periféricos remotos como controladores de videojuegos o ratones / teclados de computadora

Sistema de automatización del hogar

Aplicaciones electrónicas de consumo inalámbricas, incluidas cámaras, impresoras y teléfonos móviles

Cada aplicación utiliza la misma tecnología Bluetooth universal, pero dependiendo del tipo de conexión, los ingenieros de diseño necesitan combinar los principios básicos para optimizar la integridad de la señal y la eficiencia general del dispositivo.

Huaqiu DFM

En comparación con Wi - fi, Bluetooth no es una opción inalámbrica rápida, pero es cada vez más rápida. Tampoco penetra bien a través de las paredes y otros obstáculos cercanos, y tiene un mal alcance.

Aunque todavía está en marcha, sigue siendo una buena opción (5.0 es la última actualización, con grandes mejoras respecto a 4.2). En la mayoría de los casos, es una opción de bajo consumo de energía, confiable, segura, ampliamente apoyada y se puede implementar fácilmente en una variedad de pequeños dispositivos periféricos.

La tecnología Bluetooth tiene una historia de más de 20 años y sigue desarrollándose. Aunque la tecnología Bluetooth ha mejorado a lo largo de los años en velocidad, potencia, alcance, seguridad y otras características, todavía parece tener algunos de los mismos problemas, incluida su susceptibilidad a la interferencia de la señal.

¿Entonces, desde el punto de vista del diseño de pcb, ¿ qué medidas se pueden tomar para optimizar la integridad de la señal y minimizar la interferencia y la pérdida de paquetes?

Las siguientes son algunas precauciones y reglas generales para el diseño de circuitos bluetooth:

Uso de módulos certificados

1. si desea integrar bluetooth en su producto y tiene recursos limitados, considere usar un conjunto completo de módulos precertificados para ayudar a acelerar el tiempo de desarrollo y comercialización. Al final, puede aumentar un poco el costo, pero generalmente puede evitar algunos problemas causados por el diseño / diseño de la antena y la susceptibilidad al emi.

Actualmente hay varios módulos de certificación a precios razonables en el mercado, la mayoría de los cuales integran pequeños procesadores arm, como rn4020 o rn4870 de microchip o bt121 o bgm113 de Silicon labs. La instalación del procesador en la placa le permite tener mayor flexibilidad y funcionalidad. Por ejemplo, además de la pila bluetooth, los periféricos simples también se pueden controlar a través de gpio, spi, i2c, pwm, etc.

Compruebe la selección de su dispositivo Bluetooth

2. asegúrese de haber seleccionado el dispositivo Bluetooth adecuado para la aplicación, y el tamaño y ajuste de la antena también son adecuados.

Si desea usar una aplicación de baliza simple y que solo necesite un corto estallido / intervalo para anunciar la ubicación o los datos, puede usar un bajo consumo de energía (bluetooth de bajo consumo de energía o bl) con funciones y periféricos mínimos. esta es una solución de dispositivo rentable que ahorra bienes raíces a bordo y costos finales.

Si está buscando más productos con mayor rendimiento, flujo de audio o aplicaciones Bluetooth de intercambio de datos, es posible que necesite productos con mayor potencia de transmisión, mayor sensibilidad de recepción y tasas de datos más rápidas (aunque esto reduce la velocidad de transmisión de datos). las tasas suelen ayudar a minimizar la pérdida de paquetes de datos).

Si está buscando un chip integrado, considere usar un chipset que contenga procesadores potentes o auxiliares que incluyan los pines uart, spi, i2c, pwm, adc, DAC y gpio disponibles.

Si está procesando contenido que depende en gran medida de las lecturas de rssi, asegúrese de que su monitor de rssi tenga una resolución de DB suficiente.

Separación o eliminación de señales de cobre y componentes de alta energía

3. al diseñar en un chipset o módulo bluetooth, mantenga el área de la antena completamente alejada de la señal de cobre cercana o de los componentes que transportan una gran cantidad de energía (especialmente la ruta de alimentación cambiada por un convertidor de aumento o reducción de tensión).

Esto también incluye hacer que las áreas (y las placas) no tengan vertimientos planos y poligonos. La mayoría de los fabricantes de chipsets Bluetooth proporcionarán guías de diseño que deben seguirse estrictamente durante el diseño de pcb. Si desea organizar manualmente el área de la antena, use adecuadamente el plano de tierra para mantener un buen ancho de banda en la entrada y asegúrese de dejar suficiente espacio para los elementos de ajuste (la antena impresa y la antena cerámica requieren el plano de tierra).

Utilice el rastreo de tierra a través del agujero para evitar la radiación innecesaria desde el borde del pcb, ya que puede penetrar en la señal Bluetooth cercana. Si es posible, trate de optimizar la forma de la placa de circuito en función de la ubicación del dispositivo Bluetooth y su antena, colocándola en el borde, lejos de los componentes y señales cercanas. Si se utilizan señales basadas en la simulación (como el audio), asegúrese de que los planos de tierra analógicos y digitales estén separados.

Siempre es una buena idea blindar dispositivos electrónicos (ciertamente no antenas) para evitar el acoplamiento cruzado para minimizar el ruido.

Precauciones de la fuente de alimentación

4. asegúrese de que las guías que suministran energía a los módulos o chips Bluetooth estén limpias y, si es necesario, utilice un derivación (1,0 uf) y condensadores de desacoplamiento (0,1 UF y 10nf). También puede usar bolas magnéticas de ferrita en la Guía de alimentación para entrar en el área Bluetooth de la placa de circuito para suprimir el ruido de alta frecuencia.

Herramientas y análisis

5. si desea diseñar el área de la antena, asegúrese de tener el equipo adecuado (como un analizador de red) para analizar y ajustar la red que coincida, o considere enviar el diseño a un laboratorio de pruebas de radiofrecuencia de terceros.

Piensa en los obstáculos del mundo real

6. durante la conexión bluetooth, hay muchos factores que pueden causar bloqueos o desajustes, incluido el agua cercana (los humanos también...... Somos principalmente agua), objetos metálicos, teléfonos inteligentes / tabletas, computadoras y dispositivos operativos. En la misma banda ism, como microondas o tecnología wifi, fuentes de alimentación, vídeos de radiofrecuencia, iluminación de oficinas y teléfonos domésticos.

Incluso cuando se empareja a corta distancia (1 - 2 metros), es muy vulnerable a la pérdida de señal. Si esta situación tiene un mayor riesgo de afectar la calidad de la señal, elija dispositivos de mayor potencia y opere a menor velocidad para minimizar la pérdida de paquetes. O, si el dispositivo electrónico está dentro de la carcasa, asegúrese de minimizar el material metálico y mantenerse alejado del módulo bl. La relación entre la intensidad de la señal Bluetooth y la distancia no es lineal. De hecho, es muy no lineal, un poco impredecible en función del entorno circundante, pero sí sigue un patrón general.

Ya sea que diseñe un módulo Beacon pequeño y sencillo o un hub bluetooth con flujo de datos y consumo de energía, seguir estas precauciones puede ahorrarle muchos problemas en la etapa de prueba / implementación del diseño.

Con la expansión de los componentes de PCB bluetooth, este es un momento emocionante para integrar la comunicación inalámbrica y el control en los productos, y el futuro solo traerá componentes Bluetooth más pequeños, más rápidos, más baratos y más poderosos.