蓝牙模块PCB电路设计要点及实战方案

发布时间:2024-12-3 阅读量:2186 来源: 我爱方案网 作者: bebop

在任何蓝牙 PCB 设备中,创建蓝牙连接都要依靠两个元件的协同工作。首先是用于调制和传输信号的无线电设备。其次是数字控制器;这两个元件在布局上可能是彼此分开的,但也可能是集成在一起的。


数字控制器通常是一块 CPU,运行着链路控制器并与主机设备连接。该链路控制器负责处理基带和管理物理层FEC 协议。此外,它还负责实现传输功能(异步和同步)、音频编码和数据加密。


在设计蓝牙 PCB 时,为确保设备的可靠性、功能和安全性,需要考虑诸多事项。


功耗

蓝牙设备很可能由电池供电。特别是在低功耗设计中,事先计算功耗非常重要。确认设计中没有电流泄漏问题,并且所有器件均质量可靠。使用支持低功耗深度休眠模式的微控制器,可以延长设备的使用寿命。


电源可靠性

蓝牙设备通常需要 1.6 V 至 3.6 V 的稳定电压。电源波动会导致传输和运行问题。依照经验,确保稳定的电源轨对设备可靠性至关重要,为此要遵循良好的设计实践实践。必要时可使用旁路电容器和多个去耦电容器。此外,在电源轨上使用铁氧体磁珠有助于消除高频噪声。


传输要求

一个元件具有蓝牙功能,并不一定意味着它就适合我们的电路板。根据具体的蓝牙应用,我们可能需要采用不同尺寸的天线和不同的传输功率。


例如,假设我们打算开发简单的信标类应用,在这种应用中,实现通信需要位置信息或其他简短的数据流,所以 BLE 可能是更具成本效益的选择。使用体积更小、功耗更低且功能简单的集成电路,可以节省电路板空间。


另一方面,如果我们的设备需要支持音频串流播放或更高的数据传输速率,那么体积更大、功能更强的集成电路可能是最佳选择,因为虽然它们通常功耗更高,但可以实现更灵敏的接收性能和更高的传输功率。


电磁干扰 (EMI)

虽然蓝牙在 2.4 GHz 频段上运行,但仍会对 PCB 上的周围器件产生电磁干扰。为了确保高频耦合不会影响到这些器件,可以使用 EMI 屏蔽策略,如增加走线之间的间距或添加 EMI 屏蔽层。


信号完整性

我们前面提到,电路板很可能会受到噪声和其他干扰的影响。因此,天线区域必须与附近的铜信号或其他高能量器件(如电源路径或降压转换器)保持一定的距离,多边形覆铜和大型平面也是如此。


如果要布置天线区域,应使用接地平面(对于印刷天线和陶瓷天线而言),以确保输入端有良好的带宽,并为调谐器件留出适当的空间。蓝牙集成电路制造商可能会提供 layout 指南供设计人员参考。对于需要谨慎处理的模拟信号,可考虑使用单独的模拟和数字接地平面。


快包平台提供低功耗、高性价比的蓝牙模块解决方案,有广泛的产品组合支持开发无线通信应用。

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乐鑫ESP-32 SoC设计的嵌入式 Wi-Fi蓝牙二合一双模模块

方案搭载RISC-V 32位单核处理器,工作频率高达160 MHz,内置400 KB SRAM,384 KB ROM,8KB RTC SRAM,内置4MB Flash, 且支持外接Flash。芯片支持多种低功耗工作状态,能够满足各种应用场景的功耗需求。其特有的精细时钟门控功能、动态电压时钟频率调节功能、射频输出功率可调节功能等特性,可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。

由于SoC自带的MCU和外设资源充足,用户无需使用其它微控制器或处理器,即可实现高价值的二次开发,为物联网(IoT)、移动设备、可穿戴设备、智能家居等各种应用提供了优秀的设计平台。

方案应用案例:


光伏发电系统监控


光伏发电监控系统可对太阳能光伏电站里的电池阵列、汇流箱、逆变器、交直流配电柜、温度传感器、太阳跟踪控制系统等设备进行实时监控和控制。实时监测太阳能电池板输出的电压和电流;电池组电压、充放电电流、瞬时发电功率、累计发电量、单体电池电压、单体电池温度、环境温度、逆变器输出电压、电流以及配电开关状态等。同时实时监控周边设备的运行状况的数据采集,比如防雷器状态、断路器状态、CO2、SO2减排量等。


使用Wi-Fi本地组网,通过4G网关实现上云,可以实现远程数据采集、设备参数和事件监控,保障光伏电站的稳定运行。



智能空气净化器方案

智能家居中的空气净化方案:主要是将ESP32WiFi蓝牙模块接入智能空气净化器方案的主控制板电路中,内嵌ble蓝牙模块的空气传感器负责实时自动采集各房间的温度、湿度和空气质量度,通过ble蓝牙模块将数据透传给ESP32的ble蓝牙部分,透传过来的空气质量数据再通过ESP32内部的串口传给WiFi部分;

WiFi部分负责上传空气质量数据到云端,手机app就可以通过3G/4G/wifi远程连接沟通云端,按自己的需求远程操控净化器的加强或减弱等。这样,用户不管是在家里,还是在校回家的路上,通过手机就能一手掌控家里的环境质量。

BMS电池管理


近年来,国家推出了一系列的低碳政策,人们能环保的意识不断增强,再加上天气气候的影响,预计电动汽车出货量将大幅增长。据彭博新能源财经数据,到 2030 年,全球电动汽车年出货量将达到 3000 万辆,到 2040 年,将达到 6000 万辆。


电池组是电动汽车的核心,而BMS 则是电动汽车电池组的“大脑”,是电动汽车的关键组成部分,负责确保电动汽车高效和安全运行。BMS 的主要用途是管理电池的健康状况、性能和安全性。


基于乐鑫ESP-32嵌入式 Wi-Fi蓝牙二合一双模模块的特性,实现本地和远程多种控制方式,本地BLE即连即用,远程WiFi控制设备,实时查看电池健康状态,并对电池实时状态进行记录、诊断、预警 以及设置电池参数等。


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