炬芯(Actions)TWS ATS301X 之硬件设计指南(中)


电源部分


ATS301X 的电源模式有:锂电池供电方式,DC5V 充电模式。

电路图设计及其原理说明
系统电源网络来源及作用说明:


1. ATS301X 内建 BAT_ADC,可测量电池电压,以供电池电量检测之用,低电检测的 阈值可以自行设置。该阈值不能设置过低,建议最低为 3.3V,太低会对电池寿命 造成影响。
2. ATS301X 有内置充电模块。充电电流默认为 60mA,这个值可以通过软件配置。建 议配置为电池容量的 0.5 倍电流进行充电。
3. 电源 PIN 脚,都需要有 1 个 105 的电容(除了 VDD15 为 106+104),尽量靠近 IC 放置。

PCB 设计说明

1. IC 的 EPAD 尽量均匀多打过孔,底下尽量避免大电流走线或高速信号线。
2. 参考电压 VREFI 尽量避免任何干扰,尤其是音频范围内的干扰。
3. LX->4.7uH 电感->106 电容->VD15 网络回路尽量短粗,建议线宽15mil 以上。4.7uH 电感选型建议 DCR 越小越好(至少小于 0.3 欧姆),额定电流要大于 250mA(具体推荐型 号和要求见关键性物料电感部分介绍)。VD15 上需要接 10uf 电容,电容地尽量靠近电 感。VD15 的负载电流走线必须从电容之后抽取。在靠近 VD15(18 pin)处必须再放置 一个 104 电容。设计参考 Layout 图如下:

4. 各个电源的退耦电容尽量靠近IC的引脚,以达到良好的退耦效果。如VREFI、AVDD 等对与整个系统至关重要的,要尽量保证电容布局在退耦电容的退耦半径内(一般距 IC 60mils 以内)。退耦电容的地端应就近打孔。布局优先级——RF 其它电源。电 容容值越小的越要靠近 IC 放置。如下图:

5. 各个电源的走线宽度应根据相应的电流大小来走,在允许的情况下尽量加粗,减小 电源走线阻抗。例如 VCC 做上拉/使能作用时只需走 6mil 即可;而在外部供电则保持 有 15mil(具体线宽根据负载电流大小决定)左右线宽。


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蓝牙部分

蓝牙耳机的 PCB 设计要点

单极子天线的 PCB 设计要点
单极子天线的净空区对于天线性能至关重要,除了上文提及从模具上保证天线净空区, 天线选型和 Layout 上还需注意:
》尽量保证单极子天线到 GND 的距离不小于 2.5mm。当净空区足够大的时候,一般来讲 封装大的天线(例如 5020)较封装小(例如 3216)的天线效率高,当然封装大的天线 价格一般都比封装小的贵。

》对于天线到 GND 的距离优化空间有限的 PCB,尝试使用较窄的贴片天线是不错的选择, 例如 5010,6010 封装的天线。足够的天线离地距离,对于提高单极子天线的效率非常 重要。

》当模具与天线靠得很近并对天线造成挤压,天线的效率会随之下降,使用薄款的天线可 以改善这种情况。例如使用佳利电子的薄款天线 A55(3216 封装),A56(5220 封装),天 线的厚度由常规的 1.2mm 降低为 0.6mm。参考佳利电子提供的数据,A35 为常规厚度 1.2mm,在天线没有紧贴外壳时候 A35 的效率和带宽分别为 45.9%和 79MHz(数据在厂 家的实验板上测得,并不直接反映在耳机 PCB 上的天线性能); 当天线紧贴外壳时候,A35 的效率和带宽下降为 31.4%和 55MHz。如使用薄款 A55 天线,避免天线紧贴外壳的 情况后,A55 的效率和带宽可以达到 41.1%和 83MHz。


回路天线的 PCB 设计要点
单极子天线受人体影响较大,故不同人佩戴的效果可能相差比较多。
回路天线受人体及电池影响较单极子天线小(尽管如此,保证净空区内没有电池等金属 阻挡依然是非常重要),对于使用单极子天线效果不佳的入耳式 TWS 耳机,回路天线会是 不错的选择。不同天线厂家对于回路天线的 Layout 要求不一样,所以 PCB 设计好后务必请 天线原厂检查是否 OK。如下图的某型号回路天线 Layout 所示,保证图中所标示的间距是此 回路天线 Layout 的关键。


PIFA 天线的 PCB 设计要点
PIFA天线与地组成回路,依靠板边的地去发射和接收信号,所以板边完整的地对于PIFA 天线的效率和场型都很重要,建议 PIFA 天线两端的地至少保证 5mm 以上:

Layout 时候可以参考以下建议,以优化 PIFA 天线两旁的地完整:
》调整主控的位置,腾出空间给 PIFA 天线旁边的地。例如上图刻意把主控往板下方放置。
》接充电触点的 DC5V 和 GND 的焊盘放在天线的对面层,例如天线在 TOP 层,则把这两 个焊盘放在 BOTTOM 层,并把 GND 的焊盘靠天线的方向。

》把 PIFA 天线两旁地区域内的走线调整至内层,例如 IC 和天线在 TOP 层,则走线调整在 第三层,IC 下面的地层(第二层)完整性还是需要保证。
》在无法保证 PIFA 天线两旁地完整的情况下,可以考虑做板边镀铜工艺,镀铜位置可以 参考下图,板边镀铜工艺一般在 PCB 设计阶段不需特别处理,把需要镀铜的位置圈出 来,然后跟 PCB 板厂沟通即可。 

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音频部分

电路图设计及其原理说明
音频部分主要包括:
音频输出:输出到耳机,I2S。
音频输入:MIC In / Line In。
1. 支持立体声方案,IC 端音频输出可以配置为单端立体声或者差分立体声。
2. ATS301X 可对 Line in 信号进行放大或者衰减,在增益为 0dB 情况下,Line In 信号的幅 度最大可至 1Vpp。如果需要支持较大的输入电压,可常用分压的方式,通过选择合适 的阻值对信号进行衰减,同时注意隔直电容必须放在分压电阻之后如下图:

3. 若由于 layout 的地较差导致底噪大的问题,可在 IC 的音频输出端预留 10pF(0402)或 8.2pF(0201)的小电容,音频输出必须先经过电容再到喇叭。如下图:

PCB 设计说明
1. AOUT 输出走线不需太粗,保证有 6mil-8mil 即可。太粗容易受到其他信号干扰。
2. PCB 设计时,尽量减少 Audio 模拟部分受到的干扰,尤其是音频频段内的干扰,以免引 起信噪比、失真度等参数的下降。最主要的干扰源有:DC-DC 的电感,天线,PWM 信 号线。还有喇叭的焊接点,要尽可能的远离天线。
3. 无需做分地处理。

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