Teknik PCB - Bagaimana untuk memperbaiki rancangan PCB papan sirkuit Bluetooth

Panduan desain papan sirkuit Bluetooth

Jika tindakan pencegahan tertentu tidak diambil, papan sirkuit cetak menggunakan teknologi Bluetooth mungkin mengalami gangguan, kehilangan data, dan integriti isyarat yang tidak baik. Ia akan menggambarkan banyak peraturan dan panduan untuk dipertimbangkan bila memilih teknologi Bluetooth untuk aplikasi tertentu, terutama bila merancangnya ke papan sirkuit.

Pelbagai aplikasi menggunakan Bluetooth, termasuk:

Beacons digunakan di pusat belanja

Bingkai semasa Eddy untuk aplikasi pengawasan industri

Telefon pendengar dan produk audio/stereo

Periferi jauh, seperti pengendali permainan video atau tetikus/papan kekunci komputer

Sistem automatisasi rumah

Aplikasi elektronik konsumen tanpa wayar, termasuk kamera, pencetak dan telefon

Setiap aplikasi menggunakan teknologi Bluetooth umum yang sama, tetapi dalam cara yang berbeza dan bergantung pada jenis sambungan, jurutera desain perlu menggabungkan prinsip asas untuk optimize integriti isyarat dan keseluruhan efisiensi peranti.

Huaqiu DFM

Berbanding dengan Wi-Fi, Bluetooth bukan pilihan tanpa wayar yang sangat cepat, tetapi ia semakin cepat. Ia juga tidak boleh menembus dinding dan lain-lain halangan dekat dengan baik, dan mempunyai julat yang tidak baik.

Walaupun masih dalam proses, ia masih pilihan yang baik (5.0 adalah kemaskini terbaru, peningkatan yang baik lebih dari 4.2). Dalam kebanyakan kes, ia adalah konsumsi kuasa rendah, boleh dipercayai, selamat, pilihan yang disokong luas, dan boleh dilaksanakan dengan mudah pada pelbagai peranti periferik kecil.

Teknologi Bluetooth mempunyai sejarah lebih dari 20 tahun dan masih berkembang. Walaupun teknologi Bluetooth telah berkembang dalam terma kelajuan, kuasa, julat, keselamatan dan ciri-ciri lain selama bertahun-tahun, ia masih kelihatan masih ada beberapa masalah yang sama, termasuk kecemasan untuk gangguan isyarat.

Jadi, dari sudut pandang rancangan PCB, apa tindakan yang boleh diambil untuk optimize integriti isyarat dan minimumkan gangguan dan kehilangan paket?

Berikut adalah beberapa rancangan sirkuit bluetooth dan peraturan umum ibu jari jari:

Guna modul disahkan

1. Jika anda ingin mengintegrasikan Bluetooth ke dalam produk anda dan mempunyai sumber terbatas, sila pertimbangkan menggunakan modul yang disahkan-sedia, yang terkandung sepenuhnya untuk membantu mempercepat pembangunan dan masa ke pasar. Pada akhirnya, ia mungkin meningkat sedikit kos, tetapi ia biasanya boleh mengelakkan beberapa masalah disebabkan penempatan/reka antena dan kelemahan EMI.

Terdapat beberapa modul disahkan pada harga yang masuk akal di pasar hari ini, kebanyakan yang melibatkan pemproses ARM kecil, seperti Microchip's RN4020 atau RN4870 atau Silicon Labs' BT121 atau BGM113. Meletak pemproses pada papan membolehkan ia mempunyai fleksibiliti dan fungsi yang lebih besar. Contohnya, selain tumpukan Bluetooth, periferi sederhana boleh dikawal melalui GPIO, SPI, I2C, PWM, dll.

Semak pemilihan peranti Bluetooth anda

2. Pastikan anda telah memilih peranti Bluetooth yang sesuai untuk aplikasi, dan saiz antena dan penyesuaian juga sesuai.

Jika and a mahu menggunakan aplikasi beacon sederhana, dan aplikasi hanya memerlukan letupan/selang pendek untuk mengumumkan lokasi atau data, anda boleh menggunakan tenaga rendah (tenaga rendah Bluetooth atau BLE) dengan ciri-ciri minimal dan periferi Sebuah penyelesaian yang berkesan pada biaya untuk peralatan untuk menyimpan properti real estate dan biaya akhir.

Jika anda mencari lebih banyak produk dengan tekanan yang lebih tinggi, aliran audio atau aplikasi Bluetooth pertukaran data, maka anda mungkin memerlukan produk dengan kuasa penghantaran yang lebih tinggi, sensitiviti menerima lebih tinggi dan kadar data yang lebih cepat (walaupun ia akan mengurangi kelajuan penghantaran data ) Kadar biasanya membantu untuk mengurangi kerugian paket.

Jika and a mencari cip-dalam-satu, pertimbangkan menggunakan set cip yang mengandungi pemproses kuat atau bantuan yang termasuk UART, SPI, I2C, PWM, ADC, DAC, dan pin GPIO yang tersedia.

Jika anda berurusan dengan kandungan yang bergantung sangat pada bacaan RSSI, sila pastikan monitor RSSI mempunyai resolusi dB yang cukup.

Sepisahkan atau buang isyarat tembaga dan komponen tenaga tinggi

3. Bila merancang dalam set cip Bluetooth atau modul, sila simpan kawasan antena sepenuhnya jauh dari isyarat tembaga atau komponen dekat yang membawa banyak tenaga (terutama laluan tenaga ditukar oleh penukar boost atau buck).

Ini juga termasuk membuat kawasan (dan slabs) bebas dari dumping rata dan poligonal. Kebanyakan penghasil set cip Bluetooth akan menyediakan panduan bentangan yang patut diikuti secara ketat semasa rancangan PCB. Jika and a ingin mengatur kawasan antena secara manual, sila guna pesawat tanah dengan sesuai untuk menyimpan lebar bandwidth yang baik pada input dan pastikan tinggalkan ruang yang cukup untuk unsur penyesuaian (antena cetak dan keramik memerlukan pesawat tanah).

Guna vial jejak tanah untuk mencegah radiasi yang tidak diperlukan dari pinggir PCB, kerana ia mungkin menembus isyarat Bluetooth dekat. Jika boleh, cuba optimumkan bentuk papan untuk lokasi peranti Bluetooth dan antena, meletakkannya pada pinggir dan jauh dari komponen dan isyarat terdekat. Jika anda menggunakan isyarat berasaskan analog seperti audio, pastikan pesawat tanah analog dan digital dipisahkan.

Ia sentiasa idea yang baik untuk melindungi elektronik (bukan antena, tentu saja) untuk mencegah sambungan salib dan mengurangi bunyi.

Jaga-jaga kuasa

4. Pastikan kereta api yang mengaktifkan modul atau cip Bluetooth bersih, dan gunakan bypass (1.0 uF) dan kapasitor penyahpautan (0.1uF dan 10nF) bila diperlukan. Anda juga boleh menggunakan kacang ferrit pada kereta kuasa untuk memasuki kawasan Bluetooth papan sirkuit untuk menekan bunyi frekuensi tinggi.

Alat dan analisis

5. Jika and a mahu merancang kawasan antena, sila pastikan anda mempunyai peralatan yang sesuai (seperti analisis rangkaian) untuk menganalisis dan menyesuaikan rangkaian yang sesuai, atau pertimbangkan menghantar rancangan ke makmal ujian RF pihak ketiga.

Pertimbangkan halangan dunia nyata

6. Semasa proses sambungan Bluetooth, terdapat banyak faktor yang boleh menyebabkan penghalangan atau meletup, termasuk air dekat (manusia juga ... kita adalah terutama air), objek metalisis, telefon pintar/tablet, komputer, dan peranti operasi. Dalam band frekuensi ISM yang sama, seperti oven mikrogelombang atau teknologi WLAN, bekalan kuasa, video RF tanpa wayar, cahaya pejabat dan telefon rumah.

Walaupun bila dipasang pada jarak dekat (1-2 meter), ia sangat susah untuk kehilangan isyarat. Jika keadaan seperti ini mempunyai risiko yang lebih tinggi untuk mempengaruhi kualiti isyarat, pilih peranti dengan kuasa yang lebih tinggi dan jalankannya dengan kelajuan yang lebih rendah untuk minimumkan kehilangan paket. Atau, jika peranti elektronik berada di dalam kes, pastikan bahan metalisasi diminumkan dan disimpan jauh dari modul BLE. Hubungan antara kekuatan isyarat Bluetooth dan jarak tidak linear. Sebenarnya, ia sangat tidak linear dan agak tidak terduga mengikut persekitaran sekitar, tetapi ia mengikut corak umum.

Sama ada anda merancang modul Beacon kecil, mudah, atau merancang aliran data, pusat Bluetooth yang berkonsumsi kuasa, mengikut tindakan pencegahan ini boleh menyelamatkan anda banyak masalah dalam fase ujian/implementasi desain.

Dengan pengembangan komponen PCB Bluetooth, kini adalah masa yang menarik untuk mengintegrasikan komunikasi tanpa wayar dan kawalan ke dalam produk, dan masa depan hanya akan membawa komponen Bluetooth yang lebih kecil, lebih cepat, murah dan lebih kuat.