http://ru.pcbjhy.com
Главная > О Компании > Руководство по проектированию печатной платы Bluetooth
Руководство по проектированию печатной платы Bluetooth
Руководство по проектированию печатной платы Bluetooth

Печатные платы с технологией Bluetooth могут создавать проблемы из-за помех, потери данных и плохой целостности сигнала, если не будут приняты определенные меры предосторожности. Мы опишем много правил и рекомендаций, которые следует учитывать при выборе технологии Bluetooth для конкретного приложения и, в частности, при проектировании ее в печатную плату.

Разнообразные приложения используют Bluetooth, в том числе:
  • Маяки, используемые в торговых центрах
  • Рамки Eddystone для промышленного зондирования
  • Наушники и аудио / стерео продукты
  • Удаленные периферийные устройства, такие как игровой контроллер или компьютерные мыши / клавиатуры
  • Системы домашней автоматизации
  • Приложения для беспроводной бытовой электроники, включая камеры, принтеры и телефоны
Каждое приложение использует одну и ту же стандартную технологию Bluetooth, но использует ее по-разному, и в зависимости от типа соединения, инженер-конструктор должен внедрить основные принципы для оптимизации целостности сигнала и общей эффективности устройства.

Bluetooth не очень быстрый беспроводной выбор по сравнению с Wi-Fi, однако он становится все быстрее. Он также не очень хорошо проходит сквозь стены и другие близлежащие препятствия и имеет плохую дальность.

Это все еще хороший выбор, несмотря на то, что он находится в стадии разработки (5.0 является самым последним обновлением и является приличным улучшением по сравнению с 4.2). По большей части, это достаточно маломощный, надежный, безопасный, широко поддерживаемый вариант, который может быть легко реализован на широком спектре небольших периферийных устройств.

Bluetooth существует уже более 20 лет и продолжает развиваться, и, хотя он улучшился по скорости, мощности, дальности, безопасности и другим атрибутам за эти годы, он все еще имеет некоторые проблемы с момента его появления в середине 90-х годов, в том числе его восприимчивость к помехам.

Итак, что можно сделать с точки зрения проектирования печатной платы для оптимизации целостности сигнала, минимизации помех и потери пакетов данных?

Вот несколько советов по проектированию схемы Bluetooth и общие правила:

Используйте сертифицированные модули

1. Если вы включаете Bluetooth в продукт и ограничены в ресурсах, рассмотрите возможность использования предварительно сертифицированного, полностью автономного модуля, чтобы ускорить разработку и вывести на рынок. В конечном итоге это может немного снизить стоимость, но, как правило, предотвратит некоторые головные боли, которые могут возникнуть из-за расположения / конструкции антенны и восприимчивости к электромагнитным помехам.

Сегодня на рынке имеется несколько сертифицированных модулей по разумной цене, и большинство из них включает в себя небольшой процессор ARM, такой как RN4020 или RN4870 от Microchip, или BT121 или BGM113 от Silicon Labs. Наличие встроенного процессора дает ему больше гибкости и мощности, например, управление простыми периферийными устройствами через GPIO, SPI, I2C, PWM и т. Д. В дополнение к его стеку Bluetooth.
bluetooth-pcb-design
Проверьте ваш выбор устройства Bluetooth

2. Убедитесь, что вы выбираете подходящее устройство Bluetooth для приложения и что антенна также имеет соответствующий размер и настроен.

Если вы собираетесь использовать простое приложение-маяк, в котором вам нужно только объявить местоположение или данные с короткими скачками / интервалами, то можно использовать экономичное решение с низким энергопотреблением (Bluetooth Low Energy или BLE) с минимальным набором функций и периферийных устройств. сэкономить на борту недвижимости и конечную стоимость.

Если вам нужно больше приложений Bluetooth с более высокой пропускной способностью, потоковым аудио или обменом данными, то вам может понадобиться что-то, имеющее чуть большую мощность передачи, более высокую чувствительность приема и более высокую скорость передачи данных (хотя и замедляет данные Скорость обычно помогает минимизировать количество пропущенных пакетов).

Если вы ищете что-то вроде микросхемы «все в одном», рассмотрите возможность использования наборов микросхем, содержащих мощные или вторичные процессоры, которые включают в себя доступные выводы UART, SPI, I2C, PWM, ADC, DAC и GPIO.

Если вы работаете над чем-то, сильно зависящим от чтения RSSI, убедитесь, что на мониторе RSSI достаточно разрешения в дБ.

Отделяйте или удаляйте медные сигналы и компоненты с высокой энергией

3. При проектировании в чипсете или модуле Bluetooth держите область антенны полностью свободной от соседних медных сигналов или компонентов, несущих значительное количество энергии (особенно пути питания, которые переключаются, такие как повышающие или понижающие преобразователи).

Это также включает в себя сохранение площади (и слоев доски) без плоскостей и заливок полигонов. Большинство производителей чипсетов Bluetooth предоставят рекомендации по компоновке, которые должны тщательно соблюдаться при разработке печатной платы. Если вы вручную размещаете зону антенны, используйте соответствующую плоскость заземления, чтобы обеспечить достаточную полосу пропускания на входе и убедитесь, что в ней достаточно места для настройки элементов (для печатных и керамических антенн требуется заземление).

Используйте переходные швы для заземления, чтобы предотвратить нежелательное излучение от края печатной платы, поскольку оно может проникать в близлежащие сигналы Bluetooth. Если вы можете, постарайтесь оптимизировать форму платы под устройство Bluetooth и там, где находится его антенна, удерживая ее на краю и подальше от ближайших компонентов и сигналов. При использовании аналоговых сигналов, таких как Аудио, убедитесь, что аналоговая и цифровая плоскости заземления разделены.

И всегда хорошая идея экранировать электронику (конечно, не антенну), чтобы предотвратить перекрестное соединение и минимизировать шум.
pcb-design-bluetooth-circuit-board
Примечания по питанию

4. Убедитесь, что шина, подающая питание на модуль или микросхему Bluetooth, чистая и при необходимости используйте байпасные (до 1,0) и развязывающие конденсаторы (0,1 мкФ и 10 нФ). Также не стесняйтесь использовать ферритовые шарики на шине питания, входящие в область Bluetooth платы, чтобы подавить высокочастотный шум.

Инструменты и анализ

5. Если вы проектируете зону антенны, убедитесь, что у вас есть соответствующее оборудование (например, сетевой анализатор) для анализа и настройки соответствующей сети, или рассмотрите возможность отправки проекта в стороннюю радиочастотную испытательную лабораторию.

Подумайте о реальных препятствиях

6. Существуют самые разные вещи, которые могут вызвать препятствие или отстройку во время подключения Bluetooth, включая воду поблизости (люди тоже - мы в основном сделаны из воды), металлизированные предметы, смартфоны / планшеты, компьютеры, устройства, работающие на тот же диапазон ISM, такой как микроволновые печи или технологии WLAN, источники питания, беспроводное радиочастотное видео, офисное освещение и домашние телефоны.

Он очень чувствителен к потере сигнала, даже если он находится на близком расстоянии (1-2 метра). Если существует более высокий риск того, что такие вещи влияют на качество сигнала, выберите более мощное устройство и работайте на более медленной скорости, чтобы минимизировать потерю пакетов. Или, если электроника находится внутри корпуса, убедитесь, что металлизированные материалы сведены к минимуму и находятся далеко от модуля BLE. Соотношение между силой сигнала Bluetooth и расстоянием не является линейным. На самом деле, он очень нелинейный и несколько непредсказуемый в зависимости от окружающей среды, но действительно следует общей схеме (показано ниже).
rssi-distance
Независимо от того, разрабатываете ли вы небольшой простой модуль Beacon или энергоемкий Bluetooth-концентратор для потоковой передачи данных, следуя этим соображениям, вы можете сэкономить массу головной боли на этапе тестирования / реализации проекта.

С расширением сборки печатных плат Bluetooth наступило захватывающее время для внедрения беспроводной связи и управления в продукты, а в будущем появятся только меньшие, более быстрые, дешевые и прочные компоненты Bluetooth.

В JHY PCB мы рады помочь воплотить эти новые концепции в реальность. Партнерство с опытным поставщиком печатных плат и сборкой печатных плат с инженерами, имеющими давние отношения с поставщиками компонентов, имеет решающее значение для успеха ваших следующих потребностей в изготовлении и сборке печатных плат Bluetooth.
Общайтесь с поставщика?поставщик
Megan Ms. Megan
Что я могу сделать для вас?
поставщик контакта