PCB Blog - ブルートゥース 基板の設計について

Bluetoothは最も一般的な通信プロトコルの1つとして、日常生活のあらゆる面に浸透しており、私たちがよく使用するスピーカー、キーボード、その他のデバイスはBluetooth技術を使用する可能性があります。本文はブルートゥース 基板の設計を検討する。

一、Bluetoothのハードウェアアーキテクチャ

いずれのブルートゥース 基板デバイスでも、Bluetooth接続を作成するには、2つの構成部品の共同作業が必要です。まず、信号を変調して伝送するための無線装置です。次にデジタルコントローラ、2つの構成部品はレイアウト上は互いに分離されている可能性がありますが、統合されている可能性もあります。

デジタルコントローラは通常、リンクコントローラを実行し、ホストデバイスに接続するCPUです。リンクコントローラは、ベースバンドの処理と物理層FECプロトコルの管理を担当する。また、トランスポート機能（非同期および同期）、オーディオ符号化、およびデータ暗号化の実装も担当しています。

二、ブルートゥースPCB応用

Bluetooth機能を搭載したPCBは、さまざまな電気機器や機器に使用できます。いくつかのブルートゥース 基板アプリケーションには、次のものがあります。

1、医療保健設備

血圧測定器、血糖監視器、温度測定器などがあり、スマートフォンや他の外部機器と通信するウェアラブル機器やインプラント機器が含まれている。

2、環境センシング設備

照度、環境湿度、圧力、環境温度など、これらのデータをスマートフォンや他の中央データ記録装置に転送することができます。

3、センサー搭載

速度、回転速度を測定できるフィットネス機器、体重を監視できる体重計、または心拍数を測定できるウェアラブルデバイス。

4、オーディオストリーミング再生装置

例えば、私たちがよく使うBluetoothスピーカーとイヤホン、Bluetoothが備える低消費電力とカバー範囲が小さいという特徴は、このようなデバイスの中でちょうど役に立つ。

三、ブルートゥースPCB設計要点

Bluetooth PCBを設計する際には、デバイスの信頼性、機能、安全性を確保するために、多くの事項を考慮する必要があります。

1、消費電力

Bluetoothデバイスはバッテリから電力を供給する可能性が高い。特に低消費電力設計では、事前に消費電力を計算することが重要です。設計中に電流漏れの問題がなく、すべてのデバイスの品質が信頼できることを確認します。低消費電力深さスリープモードをサポートするマイクロコントローラを使用することで、デバイスの寿命を延長することができます。

2、電源信頼性

Bluetoothデバイスは通常、1.6 V〜3.6 Vの安定した電圧を必要とする。電源が変動すると、転送と動作の問題が発生します。経験に基づいて、安定した電源レールを確保することは設備の信頼性にとって極めて重要であり、そのためには良好な設計実践に従う必要がある。必要に応じて、バイパスキャパシタと複数のデカップリングキャパシタを使用することができる。また、電源レールにフェライトビーズを使用することで、高周波ノイズの除去に役立ちます。

3、転送要求

1つのコンポーネントにBluetooth機能があるということは、必ずしも回路基板に適しているということではありません。特定のBluetoothアプリケーションに応じて、異なるサイズのアンテナと異なる送信電力を使用する必要がある場合があります。

例えば、簡単なビーコンクラスアプリケーションを開発しようとしているとします。このアプリケーションでは、通信を実現するには位置情報やその他の短いデータストリームが必要なので、BLEはよりコスト効率の高い選択かもしれません。より小型で低消費電力で機能的でシンプルな集積回路を使用することで、基板スペースを節約できます。

一方、当社のデバイスがオーディオストリーミング再生またはより高いデータ転送速度をサポートする必要がある場合、容量が大きく、より機能的な集積回路が最適である可能性があります。なぜなら、通常は消費電力が高いが、より感度の高い受信性能とより高い転送電力を実現できるからです。

4、電磁干渉（EMI）

Bluetoothは2.4 GHz帯で動作しているが、PCB上の周辺デバイスに電磁干渉が発生する。高周波結合がこれらのデバイスに影響を与えないようにするために、引き廻し間の間隔を増やす、またはEMI遮蔽層を追加するなど、EMI遮蔽戦略を使用することができます。

5、信号整合性

回路基板はノイズや他の干渉の影響を受ける可能性が高い。そのため、アンテナ領域は、電源経路や降圧コンバータなどの近傍の銅信号や他の高エネルギーデバイスから一定の距離を維持しなければならず、多角形銅被覆や大型平面も同様である。

アンテナ領域を配置する場合は、入力端に良好な帯域幅を確保し、同調デバイスのために適切な空間を確保するために、接地面（印刷アンテナおよびセラミックアンテナの場合）を使用する必要があります。

6、物理寸法制限

ブルートゥース 基板デバイスはポータブルである可能性が高いので、何らかの筐体に取り付ける必要がある可能性が高いので、これらの物理的な制約を考慮する必要があります。スマートウェアラブルデバイス、消費電子デバイス、スピーカー、その他のデバイスにかかわらず、ECAD-MAD機能を統合したPCB設計ソフトウェアは、その後の設計プロセスをスムーズに完了するのに役立ちます。

7、回路基板空間管理

完成品デバイスは、Bluetoothとは関係のない他の機能も実行しなければならない可能性があります。WiFiカードであれ、NFC、マイクロチップをシミュレートするか、追加のセンサーをシミュレートするか、これらのデバイスはブルートゥース 基板のスペースを占有する必要があります。したがって、デバイスを選択する際に集積回路のサイズを考慮して、スペースは永遠に十分ではありません。

8、認証されたモジュールを使用する

デバイスにBluetooth機能が必要な場合は、事前に認証された完全なモジュールを使用して、開発プロセスを簡略化することを考慮してください。これにより、前期のコストが増加する可能性がありますが、後期にアンテナ配置、EMI感受性、各種プロトコルの適応などの面で困難になることを回避でき、最終的に製品の発売を加速することができます。市場にはさまざまなデバイスがあるので、必要な機能に適したデバイスを見つけるのに時間をかける必要があります。そうすることで、私たちはより多くのことを行うことができます。

9、回路基板layout

Bluetooth PCBアンテナに近すぎる場所に大型パッド、長いワイヤ、または他のインダクタを置くと、共振周波数が変化する可能性があります。

これがブルートゥース 基板の設計に関するものです。