PCB技術 - Bluetooth回路基板のPCB設計の改善法

ブルートゥース回路基板設計ガイド

特定の予防措置がとられないならば, プリント回路基板 Bluetooth技術を使用して干渉を経験, データ損失, そして、不十分な信号完全性. これは、特定のアプリケーションのBluetooth技術を選択するときに考慮する多くのルールとガイドラインの概要が表示されます, 特に回路基板に設計するとき.

様々なアプリケーションを含むBluetoothを使用します。

ショッピングモールで使用されるビーコン

工業的センシング応用のための渦電流枠

ヘッドフォンとオーディオ/ステレオ製品

ビデオゲームコントローラまたはコンピュータマウス/キーボードなどのリモート周辺機器

ホームオートメーションシステム

カメラ、プリンターと電話を含む無線コンシューマエレクトロニクスアプリケーション

各々のアプリケーションは同じ一般的なブルートゥース技術を使用します、しかし、異なる方法で、そして、接続タイプに従い、設計エンジニアは信号完全性と全体的な装置効率を最適化するために基本原則を結合する必要があります。

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Wi - Fiと比較して、ブルートゥースは非常に速い無線オプションでありません、しかし、それは速くなっていて、より速くなっています。また、壁や他の近くの障害物をよく浸透することはできませんし、貧しい範囲です。

まだ進行中であるが、それはまだ良い選択です（5.0は、最新のアップデート、4.2以上の良い改善です）。ほとんどの場合、それは低電力消費、信頼性、安全、広くサポートされているオプションであり、様々な小さな周辺機器に容易に実装することができる。

ブルートゥース技術は20年以上の歴史を持ち、まだ進化しています。ブルートゥース技術は、数年にわたって速度、電力、範囲、セキュリティと他の特性に関して改善されましたが、まだ信号干渉へのその感受性を含む同じ問題のいくらかがまだあるようです。

So, の観点から PCB デザイン, 信号完全性を最適化し，干渉とパケット損失を最小化するためにどのような措置をとることができるか?

いくつかのBluetooth回路設計の考察と親指の一般的な規則は以下の通りです。

認証モジュールの使用

あなたの製品にBluetoothを統合し、限られたリソースを持っている場合は、あらかじめ開発された、完全に含まれてモジュールを開発し、市場に時間をスピードアップするために使用してください。結局、それは少しのコストを増やすかもしれません、しかし、それは通常アンテナ配置/設計とEMI感受性に起因する若干のトラブルを避けることができます。

今日は市場で合理的な価格でいくつかの認証モジュールがあり、そのほとんどはマイクロチップのRN 4020やRN 4870やシリコンラボのBT 121またはBGM 113のような小さなアームプロセッサを統合している。ボード上のプロセッサをマウントすると、より柔軟性と機能を持つことができます。例えば、そのブルートゥーススタックに加えて、単純な周辺機器はGPIO、SPI、I 2 C、PWMなどを通して制御されることができます。

Bluetoothデバイスの選択

2 .アプリケーションに適したBluetoothデバイスを選択したことを確認し、アンテナのサイズと調整も適切です。

あなたが単純なビーコンアプリケーションを使用したい場合は、アプリケーションだけの場所やデータを発表する短いバースト/間隔を必要とする、あなたは最小限の機能と周辺機器の低エネルギー（Bluetooth低エネルギーまたはブル）を使用して機器の費用対効果の高いソリューションをオンボードの不動産と最終的なコストを節約することができます。

あなたがより高いスループット、オーディオ流動またはデータ交換ブルートゥースアプリケーションでより多くの製品を探しているならば、あなたはより高い送信力、より高い受信感度とより速いデータ率（それがデータ伝送速度を減らすでしょうが、通常、パケット損失を最小にするのを助けます）で製品を必要とするかもしれません。

あなたがオールインワンチップを探しているならば、利用できるUART、SPI、I 2 C、PWM、ADC、DACとGPIOピンを含む強力であるか補助プロセッサーを含むチップセットを使用することを考えてください。

あなたがRSSI測定に大いに依存する内容に対処しているならば、そのRSSIモニターが十分なdB解決を持っていることを確認してください。

銅信号と高エネルギー成分を分離または除去する

ブルートゥースチップセットまたはモジュールで設計するときは、多くのエネルギー（特にブーストまたはバックコンバータによって切り換えられる電力経路）を運ぶ近くの銅信号またはコンポーネントから、アンテナ領域を完全に遠ざけてください。

This also includes making areas (and slabs) free of flat and polygonal dumping. ほとんどのブルートゥースチップセットメーカーは、厳密に PCB設計. 手動でアンテナ領域を配置したい場合, please use a ground plane appropriately to maintain a good bandwidth at the input and make sure to leave enough space for the tuning element (printed and ceramic antennas require a ground plane).

それが近くのブルートゥース信号に浸透するかもしれないので、PCBの端から不必要な放射線を防ぐために、地面トレース・バイアを使用してください。可能であれば、Bluetoothデバイスとそのアンテナの位置のボードの形状を最適化しようとすると、エッジに配置し、近くのコンポーネントや信号から離れて。あなたがオーディオなどのアナログベースの信号を使用する場合、アナログとデジタルのグランドプレーンが分離されることを確認します。

交差結合を防いで、雑音を最小にするために、エレクトロニクス（アンテナでなく、もちろん）を保護することは常に良い考えです。

電力注意

4 .ブルートゥース・モジュールまたはチップを動かすレールがきれいであることを確認してください、そして、必要であるとき、バイパス（1.0 UF）とデカップリング・コンデンサ（0.1 UFと10 NF）を使ってください。また、高周波ノイズを抑制するために、回路基板のBluetooth領域を入力するために電源レールにフェライトビーズを使用することができます。

ツールと分析

アンテナエリアを設計したい場合は、適切な機器（ネットワークアナライザなど）を使用して、整合ネットワークの解析と調整を行うか、サードパーティのRFテストラボに設計を送信することを検討してください。

現実世界の障害を考慮

Bluetooth接続プロセス中に、近くの水（人間はまた、私たちは主に水です）、メタライズされたオブジェクト、スマートフォン/タブレット、コンピュータ、および操作デバイスを含むブロックまたは離調を引き起こすことができる多くの要因があります。電子レンジや無線LAN技術、電源、ワイヤレスRFビデオ、オフィス照明、家庭用電話など同じISM周波数帯で。

近い距離（1 - 2メートル）でペアリングされるときでも、それは信号損失に非常に影響されやすいです。そのような条件が信号品質に影響するより高い危険性を有するならば、より高い力で装置を選んで、パケット損失を最小にするためにより低い速度でそれを走らせてください。または、電子デバイスがケースの中にある場合、メタライゼーション材料が最小にされて、ブルモジュールから離れて保たれることを確認する。ブルートゥース信号強度と距離の関係は線形ではない。実際、それは非常に非線形で、周囲の環境によっていくぶん予測不可能です、しかし、それは一般的なパターンに続きます。

あなたが小さい、簡単なビーコン・モジュールを設計しているか、データ・ストリームを設計しているかどうかにかかわらず、これらの予防措置の後で、ブルートゥースハブを消費することはあなたにデザインのテスト/実行段階で多くのトラブルを保存することができます。

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