PAN108x mesh dongle¶
1 概述¶
本文档主要介绍基于 PAN1080UB1A 芯片的Mesh_Dongle方案的硬件原理图设计、PCB 设计建议、天线设计。本文档提供 PAN1080UB1A 芯片外围电路的硬件设计方法。
为便于用户使用,软件将添加OTA(无线烧录)功能,第一次将OTA程序烧录后,以后此模块仅需用USB供电即可实现运行、调试。调试时可以通过UART0使用PC端串口助手查看日志,且不需要额外连接线。
2 原理图设计¶
2.1 Mesh参考设计原理图¶
如下图,单板硬件由USB-UART模块、LDO、DC-DC降压、LED指示灯、RGB灯、晶振电路、天线匹配网络、按键和一些电容组成。
![image](../../_images/Schematic_Mesh.png)
基于PAN1080UB1A_Mesh的原理图¶
2.2 电源&调试¶
单板供电方式有2种:
USB(板载Type-A公头)供电,此接口可直接插接在PC端USB口,此状态下不需要额外连接线。USB接入5V后通过3.3V LDO为后级电路供电;
下载口P1(Pin6 VBAT 3.3V,Pin3 GND)供电,此接口用于SWD烧录及调试,批量烧录可以选用烧录夹操作。
![image](../../_images/Schematic_Power1.png)
5V转3.3V电源 & USB-UART¶
![image](../../_images/Schematic_Debug.png)
Debug接口¶
![image](../../_images/Tool.png)
烧录夹¶
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。
2.3 晶振¶
2.3.1 32M晶振¶
为提供稳定的外部32MHz时钟,由Y1,C16,C18构成,其中晶振Y1指定型号为:X322532MOB4SI, C16,C18 = 18pF,此搭配的射频频率较为准确,为±10KHz左右。
2.3.2 32K晶振¶
为提供稳定的外部32KHz时钟,由Y2,C19,C20构成。此部分可以省略,由内部RC代替。
2.4 复位电路 & 按键¶
复位引脚可以悬空,或增加外部按键。在按键应用中建议搭配电容使用,容值为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。
![image](../../_images/Schematic_KEY1.png)
复位电路&按键¶
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_Thickness1.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 |
3.5 射频走线注意事项¶
晶振尽量靠近芯片引脚,距离芯片越近性能越好;
射频匹配链路按照50Ω走线,可以参考TOP和BOTTOM层的GND平面,RF线与焊盘宽度一致,天线的π型匹配电路要靠近芯片ANT引脚,尽可能走线平滑,并联元件焊盘和走线重合为佳,阻抗无突变,如标签1;
RF线有完整的参考地,从IC端出来就进行包地处理,两边均匀的打GND过孔,底层到芯片底部地平面尽量宽,如标签1;
芯片底部多打过孔,QFN封装则打在E-PAD上,如标签2;
晶振要远离天线和天线匹配链路、要靠近芯片引脚放置,晶振走线和其他走线垂直布线,减少晶振对RF的干扰,晶振底部铺铜挖空,周围包地,以降低对电源和RF的干扰,如标签3;
天线辐射区域尽量保证没有金属器件。
射频链路走线参考如下:
![image](../../_images/PCB_Reference1.png)
TOP层 射频链路走线示意图¶
天线匹配链路底层不走线,天保证线地回路到芯片最短。天线匹配链路的地和芯片EPAD 是一块完整平滑的地。如标签1;
芯片底层不要走线;如标签2。
射频地线走线如下:
![image](../../_images/PCB_RefGND.png)
BOTTOM层 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_Information1.png)
天线设计尺寸参考示意图¶
![image](../../_images/ANT_Select1.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¶
单板BOM参考下表
品种 |
参数 |
型号 |
品牌 |
位号 |
封装 |
数量 |
---|---|---|---|---|---|---|
贴片电容 |
4.7uF |
0402X475M6R3NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C2,C3, C7,C10, C12,C14 |
0402 |
6 |
贴片电容 |
100nF |
0402B104K160NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C1,C8, C9,C11, C15,C17 |
0402 |
6 |
贴片电容 |
18pF |
0402CG180J500NT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
C16,C18, C19,C20 |
0402 |
4 |
贴片电容 |
NC |
\ |
\ |
C4,C5, C6,C13 |
0402 |
4 |
贴片电感 |
2.2uH |
PIM252010 -2R2MTS00 |
广东风华高新科技股份有限公司 |
L1 |
SMD 2520 -1.0mm |
1 |
连接器 |
USB-05 |
USB-05 |
深圳市连盛精密连接器有限公司 |
J1 |
USB typeA |
1 |
贴片二极管 |
红灯 |
SZYY0603R |
深圳市永裕光电有限公司 |
D1 |
0603 |
1 |
贴片二极管 |
蓝灯 |
SZYY0603B |
深圳市永裕光电有限公司 |
D2 |
0603 |
1 |
贴片二极管 |
RGB灯 |
C5050PW60-T-R8 |
深圳市南方光电有限公司 |
U4 |
5050 |
1 |
贴片三极管 |
NPN |
SS8050 |
江苏长晶科技有限公司 |
Q1,Q2,Q3 |
SOT23 3 |
3 |
贴片电阻 |
0Ω 1% |
RC-02000FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
R1,R2,R4, R5,R6 |
0402 |
5 |
贴片电阻 |
3.3Ω 1% |
RC-02U3R30FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
R3 |
0402 |
1 |
贴片电阻 |
300Ω 1% |
RC-02W3000FT |
广东风华高新科技股份有限公司 |
R7,R8,R9 |
0402 |
3 |
贴片电阻 |
1KΩ 1% |
RC-02W1001FT |
广东风华高新科技股份有限 |
R10,R11, R12,R16, R17 |
0402 |
5 |
贴片电阻 |
10KΩ 1% |
RC-02W1002F |
广东风华高新科技股份有限公司 |
R13,R14, R15 |
0402 |
3 |
贴片晶振 |
32MHz 10ppm 12pF |
X322532MOB4SI |
深圳扬兴科技有限公司 |
Y1 |
SMD 3225 4P |
1 |
贴片晶振 |
32.768KHz 12.5pF |
X321532768 KGD2SI |
深圳扬兴科技有限公司 |
Y2 |
SMD 3215 2P |
1 |
贴片IC |
LDO-3.3 |
AMS1117 -3.3 |
友台半导体有限公司 |
U3 |
SOT 89 |
1 |
贴片IC |
USB-UART |
CH343P |
南京沁恒微电子股份有限公司 |
U1 |
QFN 16 |
1 |
贴片IC |
2.4G-SOC |
PAN1080UB1A |
上海磐启微电子有限公司 |
U2 |
QFN32 5x5mm |
1 |