Technologie PCB - Comment améliorer la conception de PCB pour Bluetooth Board

Guide de conception de carte Bluetooth

Si certaines précautions ne sont pas prises, les cartes de circuits imprimés utilisant la technologie Bluetooth peuvent subir des interférences, des pertes de données et une mauvaise intégrité du signal. Il décrira de nombreuses règles et directives à prendre en compte lors du choix de la technologie Bluetooth pour une application particulière, en particulier lors de sa conception en tant que carte de circuit imprimé.

Diverses applications utilisent Bluetooth, notamment:

Phare utilisé par le centre commercial

Cadre vortex pour applications de détection industrielle

Casques et produits audio / stéréo

Périphériques distants tels qu'un contrôleur de jeu vidéo ou une souris / clavier d'ordinateur

Systèmes domotiques

Applications d'électronique grand public sans fil, y compris les appareils photo, les imprimantes et les téléphones cellulaires

Chaque application utilise la même technologie Bluetooth universelle, mais selon le type de connexion, les ingénieurs de conception doivent combiner les principes de base pour optimiser l'intégrité du signal et l'efficacité globale de l'appareil.

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Le Bluetooth n’est pas une option sans fil très rapide par rapport au wi - FI, mais il devient de plus en plus rapide. Il ne pénètre pas bien non plus dans les murs et autres obstacles à proximité et a une faible portée.

Bien que toujours en cours, c'est toujours un bon choix (5.0 est la dernière mise à jour et une bonne amélioration par rapport à 4.2). Dans la plupart des cas, c'est une option à faible consommation d'énergie, fiable, sûre et largement prise en charge qui peut être facilement implémentée sur une variété de petits périphériques.

La technologie Bluetooth existe depuis plus de 20 ans et continue d'évoluer. Bien que la technologie Bluetooth se soit améliorée au fil des ans en termes de vitesse, de puissance, de portée, de sécurité et d’autres caractéristiques, elle semble toujours avoir certains des mêmes problèmes, y compris sa susceptibilité aux interférences de signal.

Alors, du point de vue de la conception de PCB, que peut - on faire pour optimiser l'intégrité du signal et minimiser les interférences et les pertes de paquets?

Voici quelques considérations de conception de circuit Bluetooth et les règles générales:

Utilisation de modules certifiés

1. Si vous souhaitez intégrer le Bluetooth à votre produit et que vous avez des ressources limitées, envisagez d'utiliser un ensemble complet de modules pré - certifiés pour accélérer le développement et la mise sur le marché. En fin de compte, cela peut ajouter un peu de coût, mais vous pouvez généralement éviter certains des problèmes liés à la disposition / conception de l'antenne et à la susceptibilité EMI.

Il existe actuellement plusieurs modules certifiés abordables sur le marché, dont la plupart intègrent de petits processeurs arm tels que le rn4020 ou le rn4870 de Microchip ou le bt121 ou le bgm113 de Silicon Labs. L'installation du processeur sur la carte lui donne plus de flexibilité et de fonctionnalité. Par exemple, en plus de la pile Bluetooth, de simples périphériques peuvent également être contrôlés via GPIO, SPI, I2C, PWM, etc.

Vérifiez votre sélection d'appareils Bluetooth

2. Assurez - vous que vous avez choisi le bon périphérique Bluetooth pour l'application et que la taille et le réglage de l'antenne sont également appropriés.

Si vous souhaitez utiliser une simple application de balise et que cette application ne nécessite que de courtes rafales / intervalles pour annoncer l'emplacement ou les données, vous pouvez utiliser une faible consommation d'énergie (Bluetooth Low Energy ou ble) avec un minimum de fonctionnalités et de périphériques. C'est une solution de périphérique rentable qui permet d'économiser sur l'immobilier à bord et le coût final.

Si vous recherchez plus de produits avec un débit plus élevé, des flux audio ou des applications Bluetooth d'échange de données, vous voudrez peut - être quelque chose avec une puissance d'émission plus élevée, une sensibilité de réception plus élevée et des débits de données plus rapides (bien que cela ralentisse les vitesses de transfert de données).

Si vous recherchez une puce tout - en - un, envisagez d'utiliser un chipset contenant des processeurs puissants ou auxiliaires, y compris les broches UART, SPI, I2C, PWM, ADC, DAC et GPIO disponibles.

Si vous travaillez avec du contenu qui dépend fortement des lectures RSSI, assurez - vous que son moniteur RSSI a une résolution suffisante en dB.

Séparation ou retrait de signaux en cuivre et de composants énergétiques

3. Lors de la conception dans un chipset ou un module Bluetooth, veuillez éloigner complètement la zone de l'antenne du signal de cuivre à proximité ou des composants transportant beaucoup d'énergie (en particulier le chemin d'alimentation commuté par un convertisseur élévateur ou abaisseur de tension).

Cela inclut également de rendre les zones (et les plaques) exemptes de déversement plan et polygonal. La plupart des fabricants de Chipsets Bluetooth fourniront des directives de mise en page à respecter strictement lors de la conception de PCB. Si vous souhaitez disposer la zone de l'antenne manuellement, utilisez le plan de masse de manière appropriée pour maintenir une bonne bande passante à l'entrée et assurez - vous de laisser suffisamment d'espace pour les éléments de réglage (les antennes imprimées et les antennes en céramique nécessitent un plan de masse).

Utilisez des traces de terre pour les trous de passage afin d'éviter les radiations inutiles provenant des bords du PCB, car il peut pénétrer le signal Bluetooth à proximité. Si possible, essayez d'optimiser la forme de la carte en fonction de l'emplacement de votre appareil Bluetooth et de son antenne, en la plaçant sur le bord, loin des composants et des signaux à proximité. Si vous utilisez un signal analogique, tel que l'audio, assurez - vous que les plans de masse analogique et numérique sont séparés.

C'est toujours une bonne idée de masquer l'électronique (pas l'antenne bien sûr) pour empêcher le couplage croisé et minimiser le bruit.

Note sur la puissance

4. Assurez - vous que le rail qui alimente le module Bluetooth ou la puce est propre et utilisez le Bypass (1,0 UF) et le condensateur de découplage (0,1 uf et 10 NF) si nécessaire. Vous pouvez également utiliser des billes magnétiques en Ferrite sur le rail d'alimentation pour accéder à la zone Bluetooth de la carte afin de supprimer le bruit à haute fréquence.

Outils et analyses

Si vous souhaitez concevoir une zone d'antenne, assurez - vous d'avoir le bon équipement (comme un analyseur de réseau) pour analyser et ajuster le réseau correspondant, ou envisagez d'envoyer la conception à un laboratoire de test RF tiers.

Considérez les obstacles du monde réel

6. Il y a beaucoup de facteurs qui peuvent causer le blocage ou le désaccordage pendant la connexion Bluetooth, y compris l'eau à proximité (les humains aussi... Nous sommes principalement de l'eau), les objets métallisés, les smartphones / tablettes, les ordinateurs et les appareils d'exploitation. Sur la même bande ISM, comme la technologie micro - ondes ou WLAN, l'alimentation électrique, la vidéo RF sans fil, l'éclairage de bureau et les téléphones domestiques.

Il est extrêmement vulnérable à la perte de signal, même lorsqu'il est jumelé à proximité (1 - 2 mètres). Si cette situation présente un risque plus élevé d'affecter la qualité du signal, choisissez un périphérique plus puissant et exécutez - le à une vitesse inférieure pour minimiser la perte de paquets. Alternativement, si l'électronique est à l'intérieur du boîtier, assurez - vous que le matériau de métallisation est minimisé et éloigné du module ble. La relation entre la force du signal Bluetooth et la distance n'est pas linéaire. En fait, il est très non linéaire et un peu imprévisible en fonction de son environnement, mais il suit un schéma général.

Que vous conceviez un petit module Beacon simple ou que vous conceviez un concentrateur Bluetooth gourmand en énergie et en flux de données, le fait de suivre ces précautions peut vous épargner beaucoup de tracas pendant la phase de test / mise en œuvre de votre conception.

Avec l'expansion des composants Bluetooth PCB, c'est maintenant un moment passionnant pour intégrer la communication et le contrôle sans fil dans les produits, et l'avenir n'apportera que des composants Bluetooth plus petits, plus rapides, moins chers et plus puissants.