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藍牙模塊PCB電路設計要點及實戰(zhàn)方案

發(fā)布時間:2024-12-3 閱讀量:1651 來源: 我愛方案網(wǎng) 作者: bebop

在任何藍牙 PCB 設備中,創(chuàng)建藍牙連接都要依靠兩個元件的協(xié)同工作。首先是用于調(diào)制和傳輸信號的無線電設備。其次是數(shù)字控制器;這兩個元件在布局上可能是彼此分開的,但也可能是集成在一起的。


數(shù)字控制器通常是一塊 CPU,運行著鏈路控制器并與主機設備連接。該鏈路控制器負責處理基帶和管理物理層FEC 協(xié)議。此外,它還負責實現(xiàn)傳輸功能(異步和同步)、音頻編碼和數(shù)據(jù)加密。


在設計藍牙 PCB 時,為確保設備的可靠性、功能和安全性,需要考慮諸多事項。


功耗

藍牙設備很可能由電池供電。特別是在低功耗設計中,事先計算功耗非常重要。確認設計中沒有電流泄漏問題,并且所有器件均質(zhì)量可靠。使用支持低功耗深度休眠模式的微控制器,可以延長設備的使用壽命。


電源可靠性

藍牙設備通常需要 1.6 V 至 3.6 V 的穩(wěn)定電壓。電源波動會導致傳輸和運行問題。依照經(jīng)驗,確保穩(wěn)定的電源軌對設備可靠性至關重要,為此要遵循良好的設計實踐實踐。必要時可使用旁路電容器和多個去耦電容器。此外,在電源軌上使用鐵氧體磁珠有助于消除高頻噪聲。


傳輸要求

一個元件具有藍牙功能,并不一定意味著它就適合我們的電路板。根據(jù)具體的藍牙應用,我們可能需要采用不同尺寸的天線和不同的傳輸功率。


例如,假設我們打算開發(fā)簡單的信標類應用,在這種應用中,實現(xiàn)通信需要位置信息或其他簡短的數(shù)據(jù)流,所以 BLE 可能是更具成本效益的選擇。使用體積更小、功耗更低且功能簡單的集成電路,可以節(jié)省電路板空間。


另一方面,如果我們的設備需要支持音頻串流播放或更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,那么體積更大、功能更強的集成電路可能是最佳選擇,因為雖然它們通常功耗更高,但可以實現(xiàn)更靈敏的接收性能和更高的傳輸功率。


電磁干擾 (EMI)

雖然藍牙在 2.4 GHz 頻段上運行,但仍會對 PCB 上的周圍器件產(chǎn)生電磁干擾。為了確保高頻耦合不會影響到這些器件,可以使用 EMI 屏蔽策略,如增加走線之間的間距或添加 EMI 屏蔽層。


信號完整性

我們前面提到,電路板很可能會受到噪聲和其他干擾的影響。因此,天線區(qū)域必須與附近的銅信號或其他高能量器件(如電源路徑或降壓轉(zhuǎn)換器)保持一定的距離,多邊形覆銅和大型平面也是如此。


如果要布置天線區(qū)域,應使用接地平面(對于印刷天線和陶瓷天線而言),以確保輸入端有良好的帶寬,并為調(diào)諧器件留出適當?shù)目臻g。藍牙集成電路制造商可能會提供 layout 指南供設計人員參考。對于需要謹慎處理的模擬信號,可考慮使用單獨的模擬和數(shù)字接地平面。


快包平臺提供低功耗、高性價比的藍牙模塊解決方案,有廣泛的產(chǎn)品組合支持開發(fā)無線通信應用。

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樂鑫ESP-32 SoC設計的嵌入式 Wi-Fi藍牙二合一雙模模塊

方案搭載RISC-V 32位單核處理器,工作頻率高達160 MHz,內(nèi)置400 KB SRAM,384 KB ROM,8KB RTC SRAM,內(nèi)置4MB Flash, 且支持外接Flash。芯片支持多種低功耗工作狀態(tài),能夠滿足各種應用場景的功耗需求。其特有的精細時鐘門控功能、動態(tài)電壓時鐘頻率調(diào)節(jié)功能、射頻輸出功率可調(diào)節(jié)功能等特性,可以實現(xiàn)通信距離、通信速率和功耗之間的最佳平衡。

由于SoC自帶的MCU和外設資源充足,用戶無需使用其它微控制器或處理器,即可實現(xiàn)高價值的二次開發(fā),為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、移動設備、可穿戴設備、智能家居等各種應用提供了優(yōu)秀的設計平臺。

方案應用案例:


光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控


光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)可對太陽能光伏電站里的電池陣列、匯流箱、逆變器、交直流配電柜、溫度傳感器、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備進行實時監(jiān)控和控制。實時監(jiān)測太陽能電池板輸出的電壓和電流;電池組電壓、充放電電流、瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、單體電池電壓、單體電池溫度、環(huán)境溫度、逆變器輸出電壓、電流以及配電開關狀態(tài)等。同時實時監(jiān)控周邊設備的運行狀況的數(shù)據(jù)采集,比如防雷器狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、CO2、SO2減排量等。


使用Wi-Fi本地組網(wǎng),通過4G網(wǎng)關實現(xiàn)上云,可以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、設備參數(shù)和事件監(jiān)控,保障光伏電站的穩(wěn)定運行。



智能空氣凈化器方案

智能家居中的空氣凈化方案:主要是將ESP32WiFi藍牙模塊接入智能空氣凈化器方案的主控制板電路中,內(nèi)嵌ble藍牙模塊的空氣傳感器負責實時自動采集各房間的溫度、濕度和空氣質(zhì)量度,通過ble藍牙模塊將數(shù)據(jù)透傳給ESP32的ble藍牙部分,透傳過來的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)再通過ESP32內(nèi)部的串口傳給WiFi部分;

WiFi部分負責上傳空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)到云端,手機app就可以通過3G/4G/wifi遠程連接溝通云端,按自己的需求遠程操控凈化器的加強或減弱等。這樣,用戶不管是在家里,還是在校回家的路上,通過手機就能一手掌控家里的環(huán)境質(zhì)量。

BMS電池管理


近年來,國家推出了一系列的低碳政策,人們能環(huán)保的意識不斷增強,再加上天氣氣候的影響,預計電動汽車出貨量將大幅增長。據(jù)彭博新能源財經(jīng)數(shù)據(jù),到 2030 年,全球電動汽車年出貨量將達到 3000 萬輛,到 2040 年,將達到 6000 萬輛。


電池組是電動汽車的核心,而BMS 則是電動汽車電池組的“大腦”,是電動汽車的關鍵組成部分,負責確保電動汽車高效和安全運行。BMS 的主要用途是管理電池的健康狀況、性能和安全性。


基于樂鑫ESP-32嵌入式 Wi-Fi藍牙二合一雙模模塊的特性,實現(xiàn)本地和遠程多種控制方式,本地BLE即連即用,遠程WiFi控制設備,實時查看電池健康狀態(tài),并對電池實時狀態(tài)進行記錄、診斷、預警 以及設置電池參數(shù)等。


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