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藍(lán)牙技術(shù)完全可以替代纜線，對(duì)于產(chǎn)品經(jīng)理和設(shè)計(jì)工程師而言，問題已經(jīng)從‘何時(shí)開始實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能？’轉(zhuǎn)向‘如何在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能？’藍(lán)牙設(shè)計(jì)中有何陷阱？應(yīng)該采用哪種最高效且最具成本效益的方法？對(duì)于那些缺乏無線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的PCB設(shè)計(jì)人員而言，掌握藍(lán)牙設(shè)計(jì)中測(cè)試與品質(zhì)認(rèn)證的策略很重要。

藍(lán)牙是能工作在以下三種功率級(jí)下的短距離無線網(wǎng)路技術(shù)：功率級(jí)1(最高功率電平+20dBm，有效范圍100m)、功率級(jí)2(最高功率電平+4dBm，有效范圍20m)和功率級(jí)3(最高功率電平0dBm，有效范圍10m)。

 

藍(lán)牙版本V1.2要求的元件不僅能提供更好的介面保護(hù)，還能增強(qiáng)藍(lán)牙產(chǎn)品與其他2.4GHz產(chǎn)品(WLAN、某些無線電話和微波爐)的共存性，而且能提供比先前版本更好的語音連接。大部份新功能應(yīng)歸功于自適應(yīng)跳頻(AFH)技術(shù)、增強(qiáng)的語音處理以及更快速的連接建立技術(shù)的導(dǎo)入。當(dāng)然，藍(lán)牙1.2版本產(chǎn)品應(yīng)能后向相容1.1版本產(chǎn)品。
 

 

圖1：射頻晶片與天線之間的藍(lán)牙無線晶片。

 

一旦PCB設(shè)計(jì)人員選擇在產(chǎn)品中整合藍(lán)牙技術(shù)，那么除了參看產(chǎn)品供應(yīng)商提供的簡(jiǎn)單性能參數(shù)外，還需要考慮眾多的實(shí)現(xiàn)問題。例如，如何在產(chǎn)品中使用測(cè)試腳本？產(chǎn)品采用嵌入式實(shí)現(xiàn)還是外接式實(shí)現(xiàn)？產(chǎn)品需要支援哪些作業(yè)系統(tǒng)？產(chǎn)品需要提供哪些性能或業(yè)務(wù)以滿足應(yīng)用需求？產(chǎn)品的封裝設(shè)計(jì)是否支援嵌入式或外部天線？產(chǎn)品的生命周期多長？能衍生多少相關(guān)產(chǎn)品？

 

最高效的設(shè)計(jì)

最初的藍(lán)牙設(shè)計(jì)由一系列分離的IC和支援電路組成并最終形成藍(lán)牙模組。隨著技術(shù)的進(jìn)步，藍(lán)牙設(shè)計(jì)的整合度不斷增加，而外部元件則不斷減少。因此，最新的模組化解決方案可以為PCB設(shè)計(jì)人員提供更為優(yōu)化的藍(lán)牙技術(shù)，該技術(shù)能顯著降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，距離‘完美的藍(lán)牙解決方案’又前進(jìn)了一大步。

 

在設(shè)計(jì)中增加藍(lán)牙功能需要考慮的主要問題是確認(rèn)該模組或晶片集是否滿足當(dāng)前的藍(lán)牙標(biāo)淮V1.2并可繼續(xù)升級(jí)。避免設(shè)計(jì)延遲的有效方法是選擇不需要額外藍(lán)牙認(rèn)證或FCC/CE管理認(rèn)證的產(chǎn)品。

 

PCB設(shè)計(jì)人員還必須選擇性能領(lǐng)先且?guī)в邪迳嫌洃涹w的藍(lán)牙解決方案。這樣，設(shè)計(jì)的生命周期將能延伸至未來幾代產(chǎn)品中。選擇性能適中的模組或許能在初期降低成本，但后續(xù)產(chǎn)品不得不重新進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。
 

圖2：利用4.7nH串聯(lián)電感實(shí)現(xiàn)的最佳化調(diào)節(jié)電路。

 

除了期望的射頻(RF)和基頻功能，最新的藍(lán)牙模組還能提供其他一些功能，如專用微控制器、天線和連接器整合以及板上快閃記憶體、電壓調(diào)節(jié)器、濾波器和晶振。這些特性可以提供簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)、降低開發(fā)成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

 

如果PCB設(shè)計(jì)人員不使用上述高度整合模組，那么他們必須非常嚴(yán)密地設(shè)計(jì)藍(lán)牙電路板(PCB)。元件置放、追蹤掃描、解藕、接地、屏蔽和電路板材料等都是影響性能的重要因素，尤其是產(chǎn)品的射頻性能。如果使用預(yù)設(shè)計(jì)并獲得預(yù)認(rèn)證的模組，那么PCB設(shè)計(jì)人員將能規(guī)避這些問題，從而無須在最終設(shè)計(jì)中考慮上述因素。

 

產(chǎn)品開發(fā)問題

一旦PCB設(shè)計(jì)人員理解了產(chǎn)品的上述基本應(yīng)用需求，那么還必須重點(diǎn)關(guān)注下面一些問題：功率耗散(這關(guān)系到電池的壽命)、現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)中藍(lán)牙電路的物理空間限制(藍(lán)牙電路究竟占用多大的空間)以及傳輸速率限制和需求。例如，大多數(shù)藍(lán)牙互聯(lián)應(yīng)用的速率都限制在732.2bps，這將影響產(chǎn)品的音訊品質(zhì)。

 

下面列出了開發(fā)流程中至關(guān)重要的五項(xiàng)因素：

1．模組與晶片組

在PCB設(shè)計(jì)中直接采用晶片的好處是能節(jié)省控制板空間，但也僅此而已。單獨(dú)的晶片或晶片組設(shè)計(jì)方法需要利用射頻設(shè)計(jì)資源在發(fā)送和接收路徑中提供濾波器、放大器、調(diào)節(jié)網(wǎng)路、振蕩器、時(shí)脈和天線。而且，該方法還需要大量與設(shè)計(jì)認(rèn)證和整合配套的測(cè)試設(shè)備。此外，除了需要大量的設(shè)計(jì)時(shí)間、射頻專業(yè)技能和驗(yàn)證制程外，這種設(shè)計(jì)方法還必須獲得藍(lán)牙產(chǎn)品使用認(rèn)證。

 

2．天線

大多數(shù)藍(lán)牙手持設(shè)備均需要能以球狀模式發(fā)射訊號(hào)并連接各個(gè)方向的天線。良好的天線設(shè)計(jì)對(duì)藍(lán)牙產(chǎn)品至關(guān)重要，選擇外部天線的設(shè)計(jì)必須考慮控制板空間、成本和天線模式。此外，附屬元件、外殼、離地距離等因素也將對(duì)天線的終極性能產(chǎn)生重要影響。

 

如果選擇不帶天線的模組，那么PCB設(shè)計(jì)人員必須充分了解產(chǎn)品的使用環(huán)境。如果無線鏈路同天線之間的饋送不匹配，那么訊號(hào)將反射回電路，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的訊號(hào)強(qiáng)度損耗。
 

 

圖3：零歐姆調(diào)節(jié)電路的回波損耗(第一個(gè)方案)和最佳化調(diào)節(jié)電路的回波損耗(第二個(gè)方案)。

 

最近，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)整合天線模組。如果PCB設(shè)計(jì)人員選擇的模組帶有整合至控制板的天線，那么實(shí)際上已經(jīng)完成了重要的天線調(diào)節(jié)工作。如果選擇不帶天線的模組，那么PCB設(shè)計(jì)人員必須重新調(diào)節(jié)天線，而且解決方案必須通過藍(lán)牙品質(zhì)認(rèn)證委員會(huì)(BQRB)的認(rèn)證。