PAN108x 硬件参考设计¶
1 概述¶
本文档主要介绍 PAN1080Ux1x/PAN1083Ux1x/PAN108xUx3x/PAN108xLx5x芯片方案的硬件原理图设计、PCB 设计建议、天线设计、静电防护、RF性能等,以及提供一些外围电路的硬件设计方法。
2 原理图设计¶
2.1 PAN108x参考设计原理图¶
如下图,电路系统由DC-DC降压、晶振电路、天线匹配网络和一些电容组成。
![image](../../_images/Schematic_PAN108xUx1x1.png)
PAN108xUx1x最小系统参考设计原理图¶
![image](../../_images/Schematic_PAN108xUx3x1.png)
PAN108xUx3x最小系统参考设计原理图¶
![image](../../_images/Schematic_PAN108xLx5x1.png)
PAN108xLx5x最小系统参考设计原理图¶
![image](../../_images/Schematic_PAN1083Ux1x.png)
PAN1083Ux1x最小系统参考设计原理图¶
2.2 电源¶
VBAT为芯片电源脚,要求供电能力不小于60mA,供电范围为1.8V–3.6V*;
DVDD、VCC_RF、VBAT(PAN108xLx5x芯片有VBAT和VBAT_BK)、VOUT1_BK 至少预留1个电容(32PIN封装的芯片,VOUT2_BK需要预留1个电容),预留一大一小2个电容更佳,应尽可能靠近芯片引脚摆放;
VIPIO2 外部电容可以省略,详见章节2.2.4;
*注:DC-DC OFF(DC-DC ON模式下工作电压范围2V–3.6V)
![image](../../_images/pmu.png)
电源电压范围表¶
2.2.1 DC-DC¶
DC-DC 外围电路
外围电路组成为:L1、C9;
要求L1指定型号: PIM252010-2R2MTS00,参数详见章节5——BOM。
DC-DC的两种工作模式:
开启DC-DC模式可以降低系统功耗;
开启LDO(Bypass)模式后芯片内部将VBAT连接到VSW1,这时VSW1处的2.2uH电感作用为一段导体,可以用0Ω电阻替换;
DC-DC、LDO两种模式不能同时开启;
在不考虑功耗的前提下,可将VCC_RF直接连接到VBAT,此时应将电源模式设置为LDO模式。
DC-DC相关引脚说明:
VBAT_BK为DC-DC的供电引脚,在QFN封装中VBAT_BK与VBAT共同使用同一引脚;
VSW1为DC-DC的功率开关(P-MOS)漏极输出引脚,功率电感应靠近该引脚放置;
VOUT1_BK为DC-DC的反馈引脚,电容应靠近该引脚放置;
VOUT2_BK为内部Flash供电,其供电电压为3V*;
VSS_BK为DC-DC电源的GND引脚。
*注:3V为典型值
![image](../../_images/dcdc.png)
DC-DC基本特性表¶
2.2.3 VCC_RF¶
VCC_RF外部需要接一级RC滤波器并尽量靠近该引脚。R2为3.3Ω、C8为4.7uF,截止频率约为:10KHz。
2.2.4 VIPIO2¶
VIPIO2电源脚在QFN48、LQFP64 封装上有独立的PIN脚。 因此PAN108xUx3x、PAN108xLx5x 可配置两组不同的IO输出电平。P40、P41、P42、P43、P44输出的高电平为VIPIO2的电压。 其余IO输出的高电平为VBAT电压。VIPIO2输入电压范围为1.8V–VBAT。
VIPIO2电源脚在QFN32 封装上和VBAT脚绑定在一起。因此PAN108xUx1x GPIO输出的高电平为VBAT电压。
2.3 晶振¶
2.4 复位电路¶
复位引脚可以悬空,或增加外部按键。在外部按键应用中必须有电容,参数为100nF。加电容的作用是在系统受到强干扰时,稳定复位脚的电平状态。
注意:该引脚内部有一个50KΩ左右的上拉电阻,低电平会使复位生效,为避免电路异常,该电容容值请不要随意更改!
![image](../../_images/Schematic_RESET.png)
复位电路¶
2.5 天线匹配¶
由于芯片内部已做射频前端匹配电路,所以此处预留射频前端匹配网络电路,其中C1、C2、R1预留元件位置,C1、C2为预留电容默认不焊接,R1为0Ω电阻。若因PCB设计不合理导致射频前端失配,那么可以通过C1、C2、R1组成匹配网络进行阻抗调整。
![image](../../_images/Schematic_ANT.png)
天线匹配示意图¶
3 PCB设计建议¶
3.1 制板工艺¶
本文主要针对二层板并且单面贴设计,叠层如下图所示。 PCB厚度需根据实际情况和阻抗要求适当调整。
![image](../../_images/CorePCB_Thickness.png)
制板工艺说明¶
*线宽推荐如下:
板材属性 |
参数 |
---|---|
PCB板材 |
FR4 |
PCB板厚 |
1.6mm |
50欧姆RF线宽 |
20mil |
接地铺铜与RF走线间距 |
5mil |
3.2 PCB布局¶
3.3 射频走线注意事项¶
晶振尽量靠近芯片引脚摆放,距离芯片越近性能相对会更好;
射频匹配链路按照50Ω走线,可以参考TOP和BOTTOM层的GND平面,RF走线尽可能短,RF线与焊盘宽度一致,天线的π型匹配并联元件焊盘和走线重合为佳;
RF线有完整的参考地,从IC端出来就进行包地处理,两边打GND过孔,底层地平面尽量宽,如标签1所指信号走线;
IPEX-1代天线端子信号引脚挖空,周围包地,尽量减小寄生电容导致阻抗突变,如标签3;
芯片底部多打过孔,QFN封装则打在E-PAD上,如标签2;
晶振应远离天线,TOP层挖空,周围包地,降低对电源和RF的干扰,需要挖空的部分如标签3;
天线辐射区域尽量不要摆放金属器件,净空区铺铜全部挖空。
射频链路走线参考如下:
![image](../../_images/CorePCB_Reference1.png)
射频链路走线示意图¶
天线匹配链路底层不走线,保证地回路到芯片最短。天线匹配链路的地和芯片EPAD 是一块完整连续的地。
芯片底层不要走线;
射频地线走线如下:
![image](../../_images/CorePCB_RefGND.png)
射频地线走线示意图¶
4 板载天线¶
PCB Layout参考中MIFA天线尺寸如图所示。
天线设计尺寸参考
![image](../../_images/ANT_Information.png)
天线设计尺寸参考示意图¶
![image](../../_images/ANT_Select.png)
天线设计匹配参考示意图¶
注意:为保证射频性能最佳,建议由我司工程师进行样板射频参数校调!
5 BOM¶
最小系统BOM参考下表,所有PAN108x系列通用
品种 |
参数 |
型号 |
品牌 |
立创编号 |
位号 |
封装 |
数量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
贴片陶瓷电容 |
4.7uF |
0402X475M6R3NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C168172 |
C8, C9, C10, C11,C14 |
0402_C |
4 |
贴片陶瓷电容 |
100nF |
0402B104K160NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C41851 |
C7 |
0402_C |
1 |
贴片陶瓷电容 |
18pF |
0402CG180J500NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C48936 |
C3, C4, C5, C6 |
0402_C |
4 |
贴片陶瓷电容 |
NC |
\ |
\ |
\ |
C1, C2, C12, C13 |
0402_C |
4 |
贴片按键 |
4P-4.2mm x 3.25mm |
K2-1808SN-A4SW-01 |
韩荣电子有限公司 |
C92589 |
K1 |
SW-SMD(4.2x3.25x2.5) |
1 |
贴片连接器 |
IPEX-1 |
HC-RF-IPEX0303-01 |
深圳市华灿天禄电子有限公司 |
C2894919 |
E2 |
IPEX-1 |
1 |
贴片功率电感 |
2.2uH |
PIM252010-2R2MTS00 |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C2986792 |
L1 |
SMD-2520-1.0 |
1 |
直插连接器 |
Header 2x4,2.54mm |
PH-00530 |
深圳市连盛精密连接器有限公司 |
C2685166 |
P3, P4 |
Header 2x4 |
2 |
直插连接器 |
Header 2x10,2.54mm |
PZ254V-12-20P |
XFCN(台湾兴飞) |
C492427 |
P1, P2 |
Header 2x10 |
2 |
贴片电阻 |
3.3Ω 1% |
RC-02U3R30FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C321181 |
R2 |
0402_R |
1 |
贴片电阻 |
0Ω 1% |
RC-02000FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C140225 |
R1、R3 |
0402_R |
2 |
贴片电阻 |
22Ω ±1% 62.5mW |
RC-02W22R0FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C140225 |
R4、R5 |
0402_R |
2 |
贴片4脚晶振 |
32MHz 10ppm 12pF |
X322532MOB4SI |
深圳扬兴科技有限公司 |
C9009 |
Y1 |
SMD-3225_4P |
1 |
贴片2脚晶振 |
32.768KHz 12.5pF |
X321532768KGD2SI |
深圳扬兴科技有限公司 |
C620155 |
Y2 |
SMD-3215_2P FC - 135 |
1 |
静电放电(ESD)保护器件 |
5V |
BTRD04A035 |
Leiditech(雷卯电子) |
C5128428 |
D1 |
0402_C_RF |
1 |
瞬态抑制二极管(TVS) |
3.3V |
ESD5Z3V3 |
TC(德昌) |
C129213 |
D2、D3、D4 |
SOD-523 |
3 |
贴片IC |
PAN1080LB5A |
\ |
上海磐启微电子有限公司 |
\ |
U1 |
LQFP64-7x7-0.4 |
1 |
6 RF基本性能¶
开发板蓝牙性能¶
编号 |
Frequency(MHz) |
EVM(%) |
Carr ofst(KHz) |
Dev(KHz) |
---|---|---|---|---|
PAN1080UB1A |
2402 |
5.5% |
-11.9 |
274 |
PAN1080UB1A |
2442 |
4.3% |
-11.5 |
265 |
PAN1080UB1A |
2472 |
6.4% |
-10.9 |
276 |
PAN1080UA3A |
2402 |
6.3% |
-12.1 |
273 |
PAN1080UA3A |
2442 |
4.7% |
-12.5 |
269 |
PAN1080UA3A |
2472 |
6.5% |
-12.8 |
275 |
PAN1080LB5A |
2402 |
7.4% |
-10.1 |
277 |
PAN1080LB5A |
2442 |
5.3% |
-10.3 |
271 |
PAN1080LB5A |
2472 |
8.5% |
-10.4 |
281 |
测试条件:
Clock |
DPLL:64M |
PSA |
E4445A |
Data rate |
1Mbps |
Payload |
37Byte |
Format |
PRBS9 |
SW |
RF_TEST |
Power set |
4dbm |