QUALCOMM QCC3040_5144兼容性设计和PCB Layout指导

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关于最新的QUALCOMM的蓝牙 芯片，其实每一款芯片都会有相应的硬件设计指南，例如QCC3040就有QCC3040 VFBGA Hardware Design Guide，编号 80-CH285-1 Rev. AA是全英文介绍，很多新客户或者硬件工程师就不太喜欢去看这份硬件设计南，或者根本就没有在意这些设计要求，直接按照自己的习惯去layout。其实QCC所有的audio 芯片的都是大同小异，包括芯片的SMPS电源，外围滤波电容和其他外设等。本期博文和视频旨在介绍QUALCOMM 最新QCC304X和QCC514X做PCB兼容设计需要特别的注意一些关键点，同时也重点介绍SMPS电流环路原理，SMPS电源的走线，和外设Flash/RF/CRY(晶振)的摆放及走线。QCC302X/QCC512X也是可以作为参考，比较久远的CSR6463XX和CSR86XX也可以做部分参考，一些差异需要注意即可。希望新客户和硬件工程师看完这些介绍后，都会有所收获，在新项目设计能少走些弯路。

下面分五个部分进项介绍：

• PART1: QCC3040和QCC5144兼容设计；
• PART2: QCC3040外围元件外设摆放；
• PART3:SMPS环路回流原理介绍；
• APART4:SMPS电源走线方法；
• PART5:Flash/MIC/SPEAK/USB/RF走线注意事项；
  
  

PART1: QCC3040和QCC5144兼容设计

     QCC3040和QCC5144都是90 PIN引脚的VFBGA封装，在做共用PCB设计中就要注意到它们间的每一个不同的地方，在设计中留有备选的即可。

1. QCC3040是Mono单声道，只有L左声道输出，R右声道没有，引脚C9/C10引脚悬空；  QCC5144是stereo立体声，L和R左右声道都有，引脚C9/C10串联0R：R14/R15电阻备选设计;焊接R14和R15就是QCC5144，不焊接R14和R15就是QCC3040;

2. QCC3040不支持外部MOS管充电，只能内部最大充电电流200mA，H7引脚只能悬空，J6引脚直接接VBUS；

    QCC5144支持外部MOS管充电,外部充电电流最大1.8A，H7引脚使能外部MOS管，J6引脚隔着0R1电阻R1，R1用于调节MOS管充电的电流大小，H7引脚串联0R电阻R16做备选；焊接R16就是支持QCC5144，不焊接R16支持QCC3040;

3. QCC3040没有R右声道输出，所以内部R右声道电路的供电A10引脚接GND；

QCC5144有R右声道输出，所有内部R右声道电路的供电A10引脚接SMPS_1V8和1uF电容滤波；可以在A10引脚先串联R18 0R电阻后并联C23 1UF电容备选设计，焊接R18和C23支持QCC5144,C23焊接0R支持QCC3040;

4. QCC3040内置32M Flash，不需要外挂Flash，所以PIO9-PIO14引脚可以做PIO使用，PIO40-PIO45引脚需要连接GND；

QCC5144需要外挂Flash，PIO9-PIO14引脚只能用于Flash的信号线和时钟线，PIO40-PIO45引脚可以做PIO用；

在做兼容设计中，PIO40-PIO45引脚并联0R电阻到GND做备选，焊接0R电阻，支持QCC3040，不焊接0R电阻，支持QCC5144;

在PIO9-PIO14引脚连接Flash后串联0R电阻做PIO备选，焊接Falsh,0R电阻悬空，支持QCC5144;不焊接Flash，焊接0R电阻，支持QCC0340;

PART2: QCC3040外围元件摆放

1. QCC3040和QCC5144的封装都是6*5.9的VFBGA比较大，可以做6层通孔PCB，客户一般使用到的PIO口也不是很多，所以PIO不用全部走线出来，芯片焊盘过孔不会非常密集。

PCB通孔6分层排序和定义如下：

Layer1: TOP顶层，用于摆放主控芯片和外围元器件；

Layer2：GND，是PCB的主大地GND,最好不要走线，保证GND完整性；

Layer3：Single3，一般走模拟信号，例如MIC和speak的差分走线；

Layer4：Single4，一般走USB数字信号和普通PIO控制线；

Layer5：POWER，是电源层，SMPS_1V8,SMPS_1V1,电池VBAT,充电Charge 5V都在这层；

Layer6: GND和一些普通PIO或者外围元器件。

2. QCC3040芯片内部使用SMPS电源的所有引脚，应遵循：电源先经过滤波电容后才能流进到芯片引脚的原则，所以引脚外部滤波电容都应靠近这些引脚摆放。

此外电容C3靠近J8引脚，C4靠近K9引脚，C7靠近K5引脚，C14/R6/C15靠近D2引脚，C23靠近A10引脚，C16靠近A7引脚放置；

 3. 电感L1靠近H10引脚,L2靠近J10引脚，电容C5靠近L1,C5的GND靠近H9引脚,C8的GND靠近J9引脚;

4. Flash和CRY晶振也要靠近芯片放置，芯片的元件摆放整体视图如下：

PART3:SMPS电流环路原理介绍

 

SMPS的电流环流，有S1和S2环流:

1. SMPS电源 S1和S2环流在原理图中涉及到C4/L1/L2/C5/C7，和芯片GND引脚H9/J9;

2. SMPS的S1电流环流原理：VIN->C1滤波->L1->C2->C2的GND->C1的GND;

实际原理图SMPS_1V8的S1电流环流：VIN->C4->L1->C5->C5的GND->C4的GND;

实际原理图SMPS_1V1的S1电流环流：VIN->C4->L2->C7->C7的GND->C4的GND;

3. SMPS的S2电流环流原理：L1->C2->C2的GND->芯片GND;

实际原理图SMPS_1V8的S2电流环流：L1->C5->C5的GND->H9;

实际原理图SMPS_1V1的S2电流环流： L2->C7->C7的GND->J9;

4. 在PCB更具体的显示SMPS_1V8的S1和S2电流环流:

S1环流：

S2环流：

5. 在PCB更具体的显示SMPS_1V1的S1和S2电流环流:

S1环流：

 

S2环流：

APART4:SMPS电源走线方法

1. SMPS_1V8和SMPS_1V1的L1/L2/C5/C7尽量放在TOP层，电容C5/C7的GND焊盘在TOP层隔离，直接打孔GND到主GND层，短距离回流到芯片H9/J9的GND，电感底部最好不要走任何信号线，2Layer层最好有完整的主GND作为隔离：

2. SMPS_1V8和SMPS_1V1直接在C5和C7电源焊盘上打孔到5Layer ：POWER电源层，SMPS_1V8可以星型走线或者大块铜皮铺设，SMPS_1V1直接引线也可以，两路电源和其他电源VBAT/CHARGE等之间最好有GND隔离和包裹起来；

下面是PCB比较大，SMPS电源星型走线示例：

下图是PCB比较小，板边框只有芯片一样大小，SMPS电源采用大块铜皮铺设的示例：

3. 在TOP层，所有用到SMPS_1V8和SMPS_1V1电源的引脚都应先经过电容滤波后再进入到芯片引脚，电源所有滤波电容在TOP层设计示例如下；

走线受PCB板边框小的限制，SMPS滤波电容被迫放在BOT底层的走线方法：滤波电容直接放在电源过孔上的示例：

 

PART5:Flash/MIC/SPEAK/USB/RF走线注意事项

1. Flash的信号线和时钟线属于高速线，尽量远离电源/晶振/RF，在TOP完成走线，减少不必要的过孔，采用等长设计，GND包裹；

2. 模拟信号包括麦克风MIC1和MIC2,喇叭SPAEK,要差分走线，外围尽量用GND包裹；USB+/USB-也要差分走线，GND包裹；避免电源线并行跟随

3. 晶振CRY在TOP层走线，走线尽量短，晶振的2/4焊盘在TOP层隔离，直接在焊盘打孔GND即可；

4. RF的匹配网络靠近天线放置，RF走线两边要留有足够宽的GND，RF底部尽量不要有任何走线；

5. 芯片的所有GND焊盘，如果空间允许直接打过孔下GND层，尽量不要相互连接后通过有限的几个过孔下GND;芯片的所有滤波电容的GND尽量也要在TOP层做隔离：

6. 最后调整信号走线和过孔，同层同类信号线走线尽量靠紧，隔层走线尽量交叉，避免并行，信号线尽量远离电源线，适当多次调整，完成最优走线。

 

       以上只是针对QCC3040和QCC5144做共用PCB设计中的一些注意事项和走线的一些方法，要想了解更仔细可以参考QCC3040 VFBGA Hardware Design Guide指南，也可以登录大大通博文专区，还可以下载我们做的QCC3040的PCB源文件和SCH原理图源文件，在画图软件上打开，查看到每一个走线的细节。