PCB科技 - 如何改進藍牙電路板的PCB設計

藍牙電路板設計指南

如果未採取某些預防措施, 印刷電路板 使用藍牙技術可能會受到干擾, 資料丟失, 信號完整性差. 它將概述為特定應用選擇藍牙技術時需要考慮的許多規則和準則, 尤其是在將其設計成電路板時.

各種應用程序利用藍牙，包括：

商場中使用的信標

用於工業傳感應用的渦流框架

耳機和音訊/身歷聲產品

遠程周邊設備，如視頻遊戲控制器或電腦滑鼠/鍵盤

家庭自動化系統

無線消費電子應用，包括相機、打印機和手機

每個應用程序使用相同的通用藍牙技術，但管道不同，取決於連接類型，設計工程師需要結合基本原則來優化信號完整性和整體設備效率。

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與Wi-Fi相比，藍牙不是一種非常快速的無線選項，但它正在變得越來越快。 它也不能很好地穿透牆壁和其他附近的障礙物，並且射程很差。

雖然仍在進行中，但它仍然是一個不錯的選擇（5.0是最新的更新，比4.2有了很好的改進）。 在大多數情况下，它是一種低功耗、可靠、安全、受廣泛支持的選項，並且可以輕鬆地在各種小型周邊設備上實現。

藍牙技術已有20多年的歷史，現時仍在不斷發展。 儘管藍牙技術多年來在速度、功率、範圍、安全性和其他效能方面有所改進，但似乎仍然存在一些相同的問題，包括易受訊號干擾。

所以, 從 印刷電路板 設計, 可以採取哪些措施來優化信號完整性，最大限度地减少干擾和數据包遺失?

以下是一些藍牙電路設計注意事項和一般經驗法則：

使用認證模塊

1.如果您希望將藍牙集成到您的產品中，並且資源有限，請考慮使用預認證、完整的模塊，以幫助加快開發和上市時間。 最後，它可能會新增一點成本，但通常可以避免天線放置/設計和EMI敏感性引起的一些問題。

現時市場上有幾種價格合理的認證模塊，其中大多數集成了小型ARM處理器，如Microchip的RN4020或RN4870或Silicon Labs的BT121或BGM113。 將處理器安裝在電路板上可以使其具有更大的靈活性和功能。 例如，除了藍牙堆棧之外，還可以通過GPIO、SPI、I2C、PWM等控制簡單的周邊設備。

檢查您的藍牙設備選擇

2、確保您為應用程序選擇了合適的藍牙設備，天線尺寸和調整也適當。

如果您想使用一個簡單的信標應用程序，並且該應用程序只需要短的脈衝/間隔來宣佈位置或數據，那麼您可以使用低能耗（藍牙低能耗或BLE），具有最小的功能和周邊設備，這是一種經濟高效的設備解決方案，可以節省車載房地產和最終成本。

如果您正在尋找更多具有更高輸送量、音訊流或資料交換藍牙應用程序的產品，那麼您可能需要具有更高發射功率、更高接收靈敏度和更快資料速率（儘管它會降低資料傳輸速度）的產品。速率通常有助於最大限度地减少數据包遺失）。

如果您正在尋找一體式晶片，請考慮使用包含强大或輔助處理器的晶片組，這些處理器包括可用的UART、SPI、I2C、PWM、ADC、DAC和GPIO引脚。

如果您處理的內容嚴重依賴RSSI讀數，請確保其RSSI監視器具有足够的dB分辯率。

分離或移除銅訊號和高能組件

3、在藍牙晶片組或模塊中進行設計時，請將天線區域完全遠離附近的銅訊號或攜帶大量能量的組件（尤其是通過升壓或降壓轉換器切換的功率路徑）。

This also includes making areas (and slabs) free of flat and polygonal dumping. 大多數藍牙晶片組製造商將提供在安裝過程中應嚴格遵守的佈局指南 印刷電路板設計. 如果要手動排列天線區域, 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).

使用接地跟踪過孔防止來自印刷電路板邊緣的不必要輻射，因為它可能穿透附近的藍牙訊號。 如果可能的話，試著根據藍牙設備及其天線的位置優化電路板的形狀，將其放置在邊緣，遠離附近的組件和訊號。 如果使用基於類比的訊號，如音訊，請確保類比和數位接地層分開。

遮罩電子設備（當然不是天線）始終是一個好主意，以防止交叉耦合併最小化雜訊。

電源注意事項

4.確保為藍牙模組或晶片供電的導軌清潔，必要時使用旁路（1.0 uF）和去耦電容器（0.1uF和10nF）。 您還可以使用電源軌上的鐵氧體磁珠進入電路板的藍牙區域，以抑制高頻雜訊。

工具和分析

5、如果您想設計天線區域，請確保您有適當的設備（如網絡分析儀）來分析和調整匹配的網絡，或考慮將設計發送給協力廠商射頻測試實驗室。

考慮現實世界的障礙

6.在藍牙連接過程中，有許多因素可能導致阻塞或失諧，包括附近的水（人類也是……我們主要是水）、金屬化物體、智能手機/平板電腦、電腦和操作設備。 在同一ISM頻段，如微波或WLAN科技、電源、無線射頻視頻、辦公照明和家用電話。

即使在近距離（1-2米）配對，也極易發生訊號遺失。 如果這種情況影響訊號質量的風險更高，請選擇功率更高的設備，並以較低的速度運行，以最大限度地减少數据包遺失。 或者，如果電子設備在主機殼內，請確保最小化金屬化資料並遠離BLE模塊。 藍牙信號強度與距離之間不是線性關係。 事實上，它是非常非線性的，並且根據周圍的環境有點不可預測，但它確實遵循一個一般的模式。

無論您是在設計一個小型、簡單的信標模塊，還是在設計一個資料流程、耗電的藍牙集線器，遵循這些預防措施都可以在設計的測試/實施階段為您節省很多麻煩。

With the expansion of 藍牙印刷電路板 組件, 現在是將無線通訊和控制集成到產品中的激動人心的時刻, 未來只會帶來更小的, 更快, 更便宜、功能更强大的藍牙組件.