【導(dǎo)讀】螄罿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節(jié)蠆蠆膂膈莆螁羅肄蒞袃膁莃莄薃羃荿莃螅艿芅莂袈肂膁莂羀裊蒀莁蝕肀蒞莀螂袃芁葿襖肈膇蒈薄袁肅蕆蚆肇蒂蒆袈衿莈蒆羈膅芄蒅蝕羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞薂薅膁芁薁蚇羄膇薀蝿膀膃薀羃蒁蕿蟻裊莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅蚅蚈袂莄蚄螀肇芀蚄袃袀芆蚃螞膆膂螞螄罿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節(jié)蠆蠆膂膈莆螁羅肄蒞袃膁莃莄薃羃荿莃螅艿芅莂袈肂膁莂羀裊蒀莁蝕肀蒞莀螂袃芁葿襖肈膇蒈薄袁肅蕆蚆肇蒂蒆袈衿莈蒆羈膅芄蒅蝕羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞薂薅膁芁薁蚇羄膇薀蝿膀膃薀羃蒁蕿蟻裊莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅蚅蚈袂莄蚄螀肇芀蚄袃袀芆蚃螞膆膂螞螄罿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節(jié)蠆蠆膂膈莆螁羅肄蒞袃膁莃莄薃羃荿莃螅艿芅莂袈肂膁莂羀裊蒀莁蝕肀蒞莀螂袃芁葿襖肈膇蒈薄袁肅蕆蚆肇蒂蒆袈衿莈蒆羈膅芄蒅蝕羈膀蒄螃膃肆蒃裊羆蒞薂薅膁芁薁蚇羄膇薀蝿膀膃薀羃蒁蕿蟻裊莇薈螄肁芃薇袆襖腿薆薆聿肅蚅蚈袂莄蚄螀肇芀蚄袃袀芆蚃螞膆膂螞螄罿蒀蟻袇膄莆蝕罿羇節(jié)蠆蠆膂膈莆螁羅肄

　　

【正文】 示。 ID分組沒有負(fù)載，用查詢操作 。NULL分組沒有負(fù)載，用于返回 ARAN(確認(rèn) )信息；POLL分組沒有負(fù)載，用于輪詢多個(gè)藍(lán)牙從設(shè)備； FHS分組用于在鏈路建立過程中傳遞主設(shè)備跳頻同 步信息。 表 鏈路控制分組 表 同步語音分組 表 ACL分組 第 23 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 第 24 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 4 模塊設(shè)計(jì) 藍(lán)牙模塊是將藍(lán)牙芯片及通用外圍電路集成到一塊電路板，最小化電路板尺寸，最佳化對(duì)外接口定義和封裝，完成主要射頻電路的設(shè)計(jì)和測試工作。本章主要涉及藍(lán)牙模塊化設(shè)計(jì)思路、 基于 BC2EXTERNAL藍(lán)牙芯片的 TTB102藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)。 模塊化設(shè)計(jì)思路 總體原則 采用模塊化設(shè)計(jì)思路是藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)的最佳途徑，在選擇適合的藍(lán)牙芯片基礎(chǔ)上，需要確定電路板設(shè)計(jì)方法和測試方法。一方面由于藍(lán)牙模塊是 模塊，另一方面由于藍(lán)牙模塊具有通用性需求，用于藍(lán)牙鼠標(biāo)、藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙USB 適配器等藍(lán)牙設(shè)備，只是采用不同的外圍電路；再有，藍(lán)牙模塊集成藍(lán)牙芯片外圍所有的通用電路，完成大部分射頻電路的設(shè)計(jì)和測試。藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)總體原則主要有以下 : (1) 正確選擇 藍(lán)牙芯片型號(hào)及封裝； (2) 針對(duì)藍(lán)牙芯片 BGA封裝，根據(jù) PCB廠加工工藝水平，確定合適的 BGA 線方案； (3) 根據(jù) PCB廠的工藝水平，確定模塊疊層結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)等； (4) 確定具有最大化兼容性的原理圖設(shè)計(jì)； (5) 定義最佳的對(duì)外接口和封裝結(jié)構(gòu)； (6) 最優(yōu)化射頻電路處理。 PCB工藝因素 選擇合適的 PCB加工工藝水平非常重要，緊密結(jié)合模塊的加工工藝要求和 PCB廠的工藝水平。盡量不希望出現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)超出了 PCB 廠的加工能力，或者由于選擇的較高的工藝水平而導(dǎo)致太高的加工 成本。 模塊設(shè)計(jì)需要選擇電路板疊層結(jié)構(gòu)，一般確定為四層板 : (1) 頂層 :放置元器件，走線； (2) 中間一層 :地層； (3) 中間二層 :電源層； 第 25 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 (4) 底層 :不放置組件，走線，模塊對(duì)外封裝。 確定使用 CSR公司生產(chǎn)的藍(lán)牙芯片，因?yàn)樵撔酒瑸?BGA封裝，需要確定最佳的 BGA的走線方案。如圖 BGA封裝結(jié)構(gòu)，部分引腳走線比較困難。其中 A1 等外邊引腳可以從外邊引線， C3 , C4等 BGA封裝 結(jié)構(gòu) 基本可以采用三種方案引線，一種是在頂層的 BGA 焊盤之間引出，該方法一方面取決于焊盤的中心距，要求至少 ，另一方面容量有限，無法將全部內(nèi)部引腳引出 。第二種是通過在頂層四個(gè) BGA 焊盤所在的中心位置打機(jī)械過孔至底層，在底層走線，該方案同樣取決于 BGA封裝的焊盤中心間距，要求至少 第三種方案是在 BGA 焊盤上直接打激光盲孔至第二層地層，打 孔，孔焊盤 ，與此同時(shí)可以適當(dāng)增大 B GA焊盤的尺寸，當(dāng)然由于激光孔穿透能力有限，只能打至第二層，然后在第二層走線至安全處打機(jī)械通孔至頂 層或者底層走線，當(dāng)然 PCB加工時(shí)需要將 mm盲孔堵上，以方便焊接。 （ 1）焊盤之間引線 CSR 公司的藍(lán)牙芯片為 BGA 封裝，如 BC212020BDN 為 距，部分引腳通過該方案引線至安全處。此方案需要計(jì)算芯片引腳中心間距，參考 第 26 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 PCB 加工工藝能力，包括最小線寬、最小線間距等。圖 為頂層 BGA 焊盤之間引線的示意圖，假設(shè)該 BGA芯片為 ，則采用 mm線寬引線，則引線和焊盤邊距為 ， 符合 PCB廠最小 mm線間距的加工工藝水平。 圖 頂層 BGA焊盤之間引線 （ 2）四個(gè)焊盤中心打過孔 CSR 公司的藍(lán)牙芯片為 BGA 封裝，如 BC212020BDN 為 ，部分引腳通過該方案引線至安全處。如圖 所示 BGA 封裝的四個(gè)焊盤，焊盤A1 和 B1 中心距離 ，則處于對(duì)角線的焊盤 A1 和 B2 中心距離 。盤 B2 連線至一個(gè)位于四個(gè)焊盤中心位置的 ，即 ， 盤，至底層后在走線。過孔盤和周邊焊 盤邊距為 ，符合 PCB廠最小 線間距加工工藝水平。事實(shí)上，能夠采用 (1)方案一般也能采用 (2)方案，所以可以將兩種方案聯(lián)合使用，增加電路板設(shè)計(jì)的靈活性。 TTB 102藍(lán)牙模塊同時(shí)采用 (1)和 (2)兩種方案。 第 27 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 圖 四個(gè)焊盤中心打過孔 （ 3）焊盤上打孔 CSR公司的藍(lán)牙芯片為 BGA封裝，如 BC213159A 為 ，采用直接在 BGA焊盤上打激光盲孔至第二層后引線。由于 PCB廠加工工藝水平的 限制，繼續(xù)采用 (1)和 (2)所述的方式走線使過孔盤和 B GA 盤邊距太小，機(jī)械孔也到了最小工藝水平。如圖所示直接在盤 B2 上打激光過孔至第二層，該孔尺寸為，然后在第二層走線至安全的地方再打機(jī)械過孔至頂層或者底層即可，并將焊盤尺寸設(shè)為 。這種方案區(qū)別 (1)和 (2)最主要是它在第二層走線。TTB 103藍(lán)牙模塊采用此方案。 圖 焊盤上打孔引線 第 28 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 數(shù) 確定 PCB 工藝參數(shù)是設(shè)計(jì)藍(lán)牙射頻模塊的重要組成部分，它也與模塊的 PCB設(shè)計(jì)方法信息相關(guān)，直接關(guān)系到模塊的射頻性能、安裝水平、大規(guī)模生產(chǎn)可行性等方面。 TTB102藍(lán)牙模塊的 PCB工藝參數(shù)主要有以下幾部分。 (1) 基本工藝參數(shù)如表 ； 表 TTB102J基本參數(shù) 其中 PCB 尺寸要求嚴(yán)格保證 +/― 誤差范圍，因?yàn)樗{(lán)牙模塊需要通過測試，測試需要定制特定的測試制具對(duì)模塊進(jìn)行定位，由于模塊實(shí)際尺寸太小 ,只能采用邊界定位，所以對(duì)電路板的尺寸誤差有嚴(yán)格的限制。 (2)阻焊層 (Mask)參數(shù)如表 ； 表 阻焊層參數(shù) (3) 絲印層 (Silk)參數(shù)如表 ； 表 絲印層參數(shù) 第 29 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 (4)PCB疊層參數(shù)如表 ； 表 PCB疊層參數(shù) (5)PCB加工用 Geber文件與電路板對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 ； 表 PCB加工用 Gerber文件與各層對(duì)應(yīng)關(guān)系 (6)PCB加工 Drill(鉆孔 )文件如表 ； 表 PCB加工用 Drill文件 第 30 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 原理圖設(shè)計(jì) 藍(lán)牙模塊功能設(shè)計(jì)首先完成原理圖設(shè)計(jì)。既然是模塊化設(shè)計(jì)，需要將一些通用和設(shè)計(jì)難度較大的電路置于模塊內(nèi)，定制對(duì)外標(biāo)準(zhǔn)化接口，而模塊作為一個(gè)獨(dú)立的元件表面貼裝于其它主板上。藍(lán)牙模塊原理圖一般由以下幾個(gè)方面組成： (1)藍(lán)牙芯片電路 藍(lán)牙芯片是模塊的中心，其它電路都將圍繞該芯片設(shè)計(jì)、布局、走線。選擇合適的藍(lán)牙芯片，確定芯片的引腳 功能和連接方式，特別注意電源和地引腳的連接方式。 (2)存儲(chǔ)器電路 某些藍(lán)牙芯片需要外掛 8Mbits Flash，例如 CSR藍(lán)牙芯片 BCZ12020BDN，則需要確定 Flash和藍(lán)牙芯片如何連接， Flash電源、地、使能信號(hào)如何連接， Flash是否具有可替換性。 (3)時(shí)鐘電路 一般藍(lán)牙芯片都需要外接一個(gè)晶體，相對(duì)比較簡單，只需要連接好地線。 (4)電源電路 模塊需要外部供電，模塊一般集成直流電壓轉(zhuǎn)換芯片，將 ，需要考慮電源芯片的輸出功率是否滿足最大負(fù)荷要求，與此同時(shí)，針對(duì) 不同的應(yīng)用，如果在電池供電情況下，需要選擇 DC 心 C 電壓轉(zhuǎn)換芯片，否則可以采用LDO，因?yàn)榍罢咻^后者有更高的轉(zhuǎn)換效率。 (5)射頻前端短路 基于所選擇的藍(lán)牙模塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)的射頻前端電路，特別是針對(duì) Class 1 藍(lán)牙模塊的前端電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要較高射頻處理經(jīng)驗(yàn)，包括射頻功放、射頻開關(guān)、濾波器、匹配等電路。設(shè)計(jì) Class 2藍(lán)牙模塊射頻前端電路相對(duì)簡單，只需在藍(lán)牙芯片基礎(chǔ)上連接匹配電路、去禍合電路、濾波器電路等。同時(shí)需要在模塊上設(shè)計(jì)屏蔽罩以減小干擾。 (6)電路兼容性 為了進(jìn)一步降低開發(fā)成本和優(yōu)化調(diào)試 功能，需要對(duì)某些電路增加兼容性考 第 31 頁 共 49 頁 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 慮。首先， CSR推出的藍(lán)牙芯片有部分從功能、引腳定義都具有一定的兼容性，即采用同一塊 PCB 可以兼容多個(gè)藍(lán)牙芯片，由于藍(lán)牙模塊的射頻性能，盡量減少重復(fù)設(shè)計(jì)的次數(shù)。例如 BC2AUDIO 和 BC3ROM具有一定的兼容性，在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)只需要對(duì)個(gè)別引腳做相應(yīng)的處理，這些處理主要集中在電源引腳和地引腳，設(shè)計(jì)模塊化的電源是最佳的兼容性方案。其次，針對(duì)某些元器件，考慮如存儲(chǔ)器、電源芯片的缺貨、停 產(chǎn)、價(jià)格上漲等因素，預(yù)留一定的替代空間，需要在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)對(duì)可替代芯片做詳細(xì)分析。 (7)接口電路 接口電路是藍(lán)牙模塊的對(duì)外接口，將 RF、 USB、 SPI、 DART、 PCB 等接口全部