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[资源分享]     nRF52832+RFX2401C及2.4G PCB天线 电路图PCB设计

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  • 2019-12-24 13:18:33
  • 【前言】

    hello,大家好,今天钛叔给大家分享一篇有关蓝牙芯片的设计,该芯片是Nordic的出品一款超低功耗多协议的Soc芯片——nRF52832,芯片功能非常强大,同时功耗也控制的非常低,适合应用于小型便捷的消费电子设计当中,例如运动手环;另外,除了支持蓝牙协议该芯片还支持ANT协议,所以也广泛应用于骑行设备上。nRF52832采用的是32位ARM:registered:Cortex:tm:-M4F CPU,主频达到64Mhz,具备强大的运算能力,芯片支持-30dBm到+4dBm的输出功率调节。

    在一些室内场合,该最大输出功率略微偏小,周围较多2.4G的环境容易造成数据丢包,从而造成传输距离较短,因此,钛叔在该芯片的最小系统上加了一级收发器(PA/LNA),采用的是RFX2401C,最大可支持输出20dBm(100mW)的功率,实际远距离测试过程中效果也比较理想,未出现丢数据包的现象。

    RFX2401C的内部框图如下,内部结构比较简单,就分别一级PA和LNA通过逻辑控制引脚切换,其中PA最大输出支持+22dBm,LNA为2.5dB的噪声系数,输入输出端口作的50Ω阻抗匹配,封装为3X3mm的QFN,使用起来也非常之简单,外围几个阻容就可以,相对比与TI的CC2591/CC2592设计和调试上要简易不少。

    【硬件电路设计】

    接下来钛叔将具体讲一讲电路的设计,下面是钛叔设计的原理图和PCB,大家可以参考参考,原理图和PCB都是经过了实际验证。
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    1、关于芯片外围,nRF52832和RFX2401C的芯片外围设计都不难,芯片外围的器件钛叔基本采用的都是小封装的,阻容采用的是0402为主,个别电容电感采用的是0603,两个晶体也采用的贴片封装;这里说一下nRF52832输出和RFX2401C输入之间的连接,nRF52832的官方原理图上ANT输出和天线是作了50Ω匹配,而RFX2401C输入也是50Ω阻抗,所以可以将天线部分替代为RFX2401C,即保留原有LC。设计图如下,钛叔经过实际调试验证,这部分按照这样子设计是没问题的。RFX2401C的控制引脚一定记得引出到nRF52832的IO口,通过nRF52832的收发状态来控制RFX2401C的PA/LNA的切换。

    另外,nRF52832具有NFC的功能(管脚P0.09和P0.10),NFC输出的设计手册上有一节专门有讲,同时官方提供了NFC天线的封装,如下图所示。
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    NFC:
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    2、关于接口,钛叔将所有IO均有引出,将该模块作为一个核心板,底板上可以根据自己的不同的需求来设计,从而很灵活的应用于不同的场景。
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    3、关于电源,钛叔的核心板本来不涉及电源,但这里有一点需要提一下,就是RFX2401C的电流峰值会超过300mA (nRF52832工作电流很小),所以大家在设计底板的时候一定记得电流冗余考虑足够,建议使用500mA以上的LDO。
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    4、关于PCB布局布线,下面是钛叔的PCB布局,大家可参考一下,主要注意两部分,第一是32MHz工作晶体记得靠近芯片放置;第二是天线部分的走线,这部分走线很短,但最好也将走线按50Ω线宽走(可以用SI9000仿真),另外注意天线附近一定不要铺铜,包括天线底部以及周围一定距离,可以像钛叔下面这样设计,将天线附近放置禁止铺铜框或者直接挖空处理。
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    5、关于2.4G 天线,钛叔之前分别对比测试过2.4G的PCB天线和陶瓷天线,最终测试发现PCB天线效果更好,下面这几种PCB天线均为2.4G频段,经钛叔测试效果良好,尺寸有所不一样,可应用于不同尺寸的产品结构中。记住天线下边和周围一定不要铺铜,也不要接触金属器件。
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    最后这几种钛叔没有测试过效果,大家也可以去尝试测试一下。
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    相关参考文件:

    链接:https://pan.baidu.com/s/1aCZkr77U6ET4QvLU-lZAgg
    提取码:xczs

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