炬芯(Actions)SmartSpeaker ATS281X之硬件设计指南(3)

ATS281X 藍牙芯片系列,具有豐富的接口和更高的帶寬,更多的內存。其中ATS2819可以應用在更多的差異化市場,如藍牙耳機,拉桿音響,後裝車機,麥克風,智能音響等等。在此將對硬件設計,EMI,ESD,校準,認證做一系列完整的介紹。

更多的功能及應用,請参考大大通-方案知識庫“基於炬芯(Actions) ATS2819的TWS藍牙音箱方案”

https://www.wpgdadatong.com/solution/detail?PID=5238


(八)硬件设计指南(3)


五、GPIO 模块

1、电路图设计及其原理说明

1>ATS2819 一共有 22 个 GPIO 口,同时也支持 10 个模拟口与 1 个唤醒口复用成 GPIO 口。 ATS2819P 一共有 34 个 GPIO 口、4 个 SPI 专用 IO 口、9 个模拟口与 2 个唤醒口。使用 复用的模拟口时需要特别注意以下事项:

a、电源域的区别
不同电源域下的 IO 口输出的电压不同。不同于 GPIO 口均挂在 VCC 电源域下,SIO 口中有些是在 AVCC 电源域下,这会导致用作输出口时其电压为 AVCC 而非 VCC。对输出 电压有特殊要求的使用场景需要特别注意。



b、WIO 的使用
WIO 可以做 GPIO 使用,但是由于寄存器在 RTCVDD 的电源域, WIO 寄存器操作 需要 3 个 CPUCLK+4 个 32K 低频时钟才会生效,因此,WIO 在做输出时候需要延时 200uS 左右才会正式输出生效。基于这个延时过长,WIO 作为 GPIO 使用尽量不要做为对性能 有要求的输出功能(比如 SPI PSRAM 的 CS 功能,这样会导致访问 PSRAM 时候效率过 低)。
AOUTR/L 复用为 SIO 同样要避免用作翻转信号,只能用作控制信号口。

2>GPIO 的上电默认状态列表如下:



注:Z 表示高阻态;“----”代表该封装没有该 pin;“1”代表高电平。

3>每个 GPIO 都内置上拉电阻和下拉电阻, 可用来替代外部上拉电阻,省下电阻。但由于 内部阻值普遍较大,使用时注意通讯协议里规定的阻值范围是否符合。例如当 I2C 同时连接 多个从机时(寄生电容变大),100K 的上拉电阻会导致数据传输失败。所以建议初版 PCB 要 预留上拉电阻的位置,验证后再选择内部上拉还是外部上拉。各 GPIO 的内置电阻阻值列表 如下:




注:PU 为上拉,PD 为下拉。其电阻存在误差,不能直接当做精确阻值使用。

4>ATS2819/ATS2819P 的 GPIO 支持中断功能,GPIO0~37 和 GPIO48~51 均支持中断且 每个 GPIO 都有独立的使能与屏蔽。支持上升沿、下降沿、双沿、高电平、低电平 5 种触发 模式。同时只能处理一个中断,设计时需合理运用。


2、PCB设计说明
1>layout 时,若 IO 口复用为时钟类如 FMCLK、SPI_CLK 等高频信号(IO 口模拟也应考 虑在内)时,其布线优先级最高,走线时必须包地处理,必须避开音频线。须避免多次 打孔导致寄生参数影响变大。走线宽度不宜过宽,6mil 即可。
2>若 IO 口复用为 PWM 或其他低频规律的信号,必须避开音频线(3W 以上),以降低通 过空间耦合干扰音频输出。
3>若 IO 口只是用作控制信号,如器件使能、开关管的控制等,线宽 6mil 即可。且布线优 先级最低。



六、FM 模块

1.电路图设计及其原理说明


ATS2819/ATS2819P 没有内置 FM 模块,需要外挂 FM 模块使用。
1> FM RX 的输出走 LINE IN 输入通道,在 FM RX 不用时需要进入 standby 状态。其天线 可与耳机线的地复用。具体接法如下,磁珠一定要加:

2> FM TX 的时钟对于调制是很重要的,从其调制公式原理:

其中 s(t)为调制后信号,wc 为载波频率,m(t)为基带信号。可以看出,FM 调制 和载波有很大关系,一旦载波的频率 jitter 过大,将会在解调后引入额外的底噪。所以如果想要获得良好 FM TX 的底噪,建议外挂晶体。对于大多数 FM TX 芯片, ATS2819/ATS2819P 提供了 24M 和 26M 时钟。设计时在时钟线上预留一个串联 0R 电阻。
3> FM 一般通过 I2C 与主控通讯,选择内部上拉电阻时应注意上升时间。


2.PCB设计说明

1>上拉电阻与导线负载电容相关,走线过长时需要重新考虑上拉电阻的选择。
2>FM 天线下方不要走地线,天线走线最好不要过长,FM 模块部分尽量不与数字信号耦 合,远离高频晶振、Flash 总线等干扰源,FM 模块靠近耳机座。
3>FM 模块容易受到音频干扰和射频干扰,干扰源一般有电源的 DC-DC,Flash 的总线, 最好在摆放时,敏感器件远离这些干扰源,同时隔离这些干扰源。

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