Решения для печатных плат Bluetooth-динамиков на заказ

Плата Bluetooth-динамика Он одновременно управляет тремя несовместимыми электрическими средами — радиочастотным сигналом на частоте 2.4 ГГц, аналоговым звуком в микровольтах и ​​шумным батарейным питанием — и всё это на плате, обычно меньше визитной карточки. Все основные проблемы с качеством звука, обрывы беспроводной связи и отказы в сертификации связаны с тем, как эти три среды изолированы друг от друга на плате.

Данное руководство посвящено решениям, касающимся физического проектирования: техническим характеристикам, правилам размещения, архитектуре питания, выбору антенн и видам отказов, возникающим при неправильном выполнении любого из этих шагов. Для получения пошагового обзора компонентов... Печатная плата динамика Bluetooth Содержит, см. наш основной ресурс по этой теме.

1) Три электрических режима на одной плате

Стандартная печатная плата бытовой электроники обрабатывает один основной тип сигнала. Печатная плата Bluetooth-динамика обрабатывает одновременно три типа сигналов — и они активно мешают друг другу, если компоновка не учитывает каждый из них.

В компоновке необходимо физически разделить эти три зоны. Радиочастотная секция располагается в одном углу платы, ближе к краю. Аудиоусилитель и выходной фильтр находятся на противоположном конце. Шины питания проходят между ними с достаточной развязкой на границе каждой зоны.

2) Технические характеристики печатных плат для Bluetooth-динамиков

Для плат толщиной менее 1.6 мм уточните у производителя, включает ли контактная площадка разъема USB-C усиленные площадки для снятия натяжения. На тонких платах (0.8 мм) при многократном подключении могут образовываться трещины на площадках, что приводит к периодическим сбоям зарядки в процессе производства.

3) Размещение компонентов: восемь правил, определяющих качество звука

Порядок размещения так же важен, как и правила. Размещайте в следующей последовательности: сначала Bluetooth SoC, затем аудиоусилитель, затем микросхема управления батареей, а затем пассивные компоненты вокруг каждого из них.

1. Bluetooth SoC расположен в углу платы, рядом с краем антенны. Антенный порт SoC должен соединяться с антенной структурой с помощью максимально короткой трассы — в идеале менее 5 мм. Каждый дополнительный миллиметр трассировки увеличивает потери на входе и риск расстройки антенны.
2. Аудиоусилитель должен располагаться на расстоянии не менее 20 мм от Bluetooth SoC. Усилители класса D (TI TAS3251, TI TAS5822) переключаются на частоте 300–500 кГц и генерируют магнитные поля, которые проникают в радиочастотный входной каскад SoC на расстояниях менее 20 мм. Это ухудшает чувствительность приема Bluetooth.
3. Микросхема управления батареей расположена рядом с портом зарядки, вдали от аудиоразъема. Микросхемы PMIC BQ25895 и аналогичные им переключаются на частоте до 1.5 МГц во время быстрой зарядки. Разместите их на расстоянии не более 10 мм от разъема USB-C и не менее 30 мм от выходного каскада аудиоусилителя.
4. Выходные фильтрующие индукторы ориентированы перпендикулярно друг другу. Два индуктора в выходном фильтре класса D (L+ и L−, обычно 4.7–10 мкГн) следует повернуть на 90° относительно друг друга, чтобы компенсировать взаимную индуктивность. Параллельная ориентация обеспечивает передачу энергии между ними и увеличивает пульсации на выходе.
5. Развязывающие конденсаторы должны располагаться на расстоянии не более 0.5 мм от каждого вывода питания микросхемы. Керамический конденсатор емкостью 100 нФ должен располагаться на том же слое, что и интегральная схема, и соединяться с переходным отверстием дорожкой длиной менее 1 мм. Более длинные дорожки нарушают развязку на частотах выше 50 МГц.
6. Кварцевый генератор расположен непосредственно рядом с выводами кварцевого резонатора SoC. Кристалл и нагрузочные конденсаторы должны располагаться на расстоянии не более 3 мм от SoC и быть окружены заземляющим кольцом. Дорожки кристалла длиной более 10 мм излучают на частоте кристалла и часто приводят к сбоям при прохождении испытаний FCC.
7. Трассы ввода с кнопок отведены в сторону от трасс аудиосигнала. Потоки кнопок передают механические переходные процессы переключения. Размещайте их на противоположном краю платы от аудиовыходного фильтра и не прокладывайте параллельно дорожкам аудиосигнала.
8. Светодиодная схема расположена по периметру платы. Токи драйверов светодиодов проходят по шине VCC совместно с SoC. Токоограничивающие резисторы следует размещать на расстоянии не более 3 мм от светодиодов, а не рядом с блоком питания SoC.

Что касается того, как эти решения по размещению влияют на выход годной продукции и качество звука, то... аудио печатная плата в сборе В руководстве рассматривается производственный аспект этих вариантов компоновки.

4) Архитектура силовых шин и развязка

Для работы типичной Bluetooth-колонки требуется три стабилизированных источника питания от одной литий-ионной батареи (номинальное напряжение 2.7–4.2 В).

Керамический конденсатор емкостью 100 нФ рассчитан на диапазон частот от 1 МГц до нескольких сотен МГц. Наполнительный конденсатор емкостью 10 мкФ рассчитан на диапазон частот 10–100 кГц, возникающий при переключении в режиме класса D. Необходимы оба конденсатора — ни один из них сам по себе не является достаточным.

Провода питания от выхода преобразователя проходят через основной конденсатор, затем к выводу VCC микросхемы, а затем к конденсатору 100 нФ — все по линейному пути. Разветвление проводов питания перед развязывающими конденсаторами сводит на нет их назначение и является наиболее распространенной ошибкой в ​​разводке источников питания на печатных платах Bluetooth-динамиков.

Для подробного Печатная плата усилителя класса D Рекомендации по компоновке, включая трассировку силового каскада и управление тепловым режимом, см. в нашем ресурсе, посвященном усилителям.

5) Антенна на печатной плате против чип-антенны

Независимо от типа антенны: антенна должна быть направлена ​​наружу корпуса динамика. Плата, установленная с антенной, обращенной к внутренним батарейным элементам, снижает эффективную излучаемую мощность на 6–10 дБ. Это механическое решение, которое должно быть зафиксировано на этапе проектирования корпуса — его нельзя исправить в программном обеспечении.

Для интеграции радиочастотных модулей и обеспечения сосуществования Wi-Fi за пределами печатной платы динамика, Bluetooth-модуль печатной платы В обзоре рассматриваются вопросы согласования сетей и управления сосуществованием в диапазоне 2.4 ГГц.

6) Диагностика неисправности: симптом, первопричина, способ устранения.

7) Изготовление печатных плат компанией Highleap для Bluetooth-колонок.

Компания Highleap Electronics производит печатные платы для Bluetooth-колонок, от прототипов до серийного производства:

• 2-слойный и 4-слойный FR4 — Стандартная толщина 1.6 мм; возможна нестандартная толщина от 0.6 мм до 2.4 мм.
• Поверхность ENIG — стандарт для корпусов Bluetooth SoC QFN и WLCSP
• Контролируемый импеданс — Микрополосковая линия 50 Ом для проводников антенны; проверка методом TDR включена.
• 3 мил/3 мил минимум трассировка/пространство — поддерживает корпуса QFN с шагом 0.4 мм
• Проверка DFM перед началом производства. — проверяет зону, запрещенную для использования антенны, расположение развязывающей клеммы, геометрию контактной площадки разъема.
• Срок изготовления прототипа: 3–5 рабочих дней. — стандартные характеристики FR4

Для получения полного комплекса услуг «под ключ», включая сборку SMT-компонента Bluetooth SoC и аудиоусилителя, ознакомьтесь с нашими предложениями. Сборка печатной платы сервис. Технические характеристики производства печатных плат без корпуса см. в нашем разделе. Изготовление печатных плат На этой странице вы найдете информацию о том, как печатные платы динамиков интегрируются в готовые аудиосистемы. системы печатных плат динамиков В этом ресурсе рассматриваются конфигурации кроссоверов, усилителей и многополосных динамиков.

Запросить ценовое предложение на печатную плату для Bluetooth-динамика

Часто задаваемые вопросы

Какое количество слоев должно быть на печатной плате Bluetooth-динамика?

Двухслойные платы подходят для простых схем мощностью 5 Вт и менее, не требующих сертификации. Четырехслойные платы необходимы для схем мощностью более 5 Вт, сертификации FCC/CE или схем с DSP или USB-аудиоинтерфейсом. Четырехслойная структура — сигнал / заземление / питание / сигнал — обеспечивает непрерывный низкоимпедансный опорный проводник, эффективно разделяющий радиочастотную и аудиочастотную секции.

Почему зона, запрещенная для использования Bluetooth-антенны, должна быть свободна от меди на всех уровнях?

Антенна 2.4 ГГц излучает в трех измерениях. Заземляющая медь на любом слое в пределах запрещенной зоны — включая внутреннюю заземляющую плоскость 4-слойной платы — действует как паразитный элемент, который расстраивает антенну и снижает эффективность излучения. Запретную зону необходимо применять ко всем слоям в редакторе печатных плат, а не только к верхнему медному слою. Большинство начинающих разработчиков применяют ее только к верхнему слою и обнаруживают проблему во время предсертификационных радиочастотных испытаний.

Какое расстояние должно быть между Bluetooth SoC и усилителем класса D?

Минимальное расстояние 20 мм. Частоты переключения класса D (300–500 кГц) и их гармоники распространяются в диапазон 2.4 ГГц и ухудшают чувствительность приема SoC на коротких расстояниях. На небольшой плате, где расстояние 20 мм недостижимо, следует разместить сплошной заземляющий слой между двумя микросхемами для обеспечения частичного экранирования.

Нужна ли печатная плата Bluetooth-динамика с контролируемым импедансом?

Только радиочастотная линия от антенного порта SoC до антенной структуры требует контроля импеданса — она выполнена в виде микрополосковой линии с сопротивлением 50 Ом. Все остальные линии (аудиосигналы, питание, входы кнопок, управление светодиодами) не требуют контроля импеданса на рабочих частотах.

Какая наиболее распространенная ошибка при проектировании печатных плат Bluetooth-колонок?

Наиболее распространенной проблемой при проектировании с учетом требований технологичности (DFM) является размещение заземляющего медного провода внутри зоны ограничения антенны. Вторая по частоте проблема – это развязывающие конденсаторы, расположенные на расстоянии 2–5 мм от выводов питания микросхемы, а не в пределах эффективного максимума 0.5–1 мм. Обе проблемы легко исправить на этапе DFM, но их устранение после тестирования прототипа обходится дорого.