无线MIC硬件设计指南 V2.1

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无线MIC硬件设计指南

Rev 2.1

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修改记录

版本	更新日期	描述
V1.0	2022-02-23	文档初始版本
V2.0	2022-06-08	新增JL7016M支持，添加内置与外置MIC切换座子说明
V2.1	2022-07-22	新增JL7018M支持，添加游戏耳机DAC应用说明

修改记录........................................................................................................................................................... 2
目录................................................................................................................................................................... 3
一、硬件设计说明........................................................................................................................................... 4
1.原理图设计总原则.............................................................................................................................. 4
2. PCB设计总原则....................................................................................................................................4
3.模具设计原则...................................................................................................................................... 4
4.电源模块：电源完整性设计.............................................................................................................. 5
5. RF模块：天线设计及布局.................................................................................................................. 6
6. Audi。模块.............................................................................................................................................9
7.防静电/浪涌设计.............................................................................................................................. 12
8.装配说明............................................................................................................................................ 12
二、电气性能不良Debug流程..................................................................................................................... 13

DAC/功放输出电流声较大...............................................................................................................13
RF性能差............................................................................................................................................ 13
3.进入升级模式但无法升级................................................................................................................ 14
4.芯片不能开机.................................................................................................................................... 14
5.搜索不到RF设备.............................................................................................................................. 14
6.按键没有响应.................................................................................................................................... 14
7.耳机无声音或声音小........................................................................................................................ 14
8.充电异常............................................................................................................................................ 14
9.芯片功耗大........................................................................................................................................ 14
三、芯片封装................................................................................................................................................. 15

一、硬件设计说明

硬件开发基于以下优先设计原则：产品结构->天线->地场->晶振->电源->敏感信号。

1.原理图设计总原则

原理图设计要求性能达标。如稳定性，功耗，ESD，EMI等。注意每个模块的元件选取保留余量。设计时，需要按模块设计进行分类，尽量避免模块间 IO 的复用。若产生复用，则需重点检查时序是否存在冲突等。

2. PCB设计总原则

（1） PCB设计推荐4层板，叠层结构为S-G-G-S。靠近主控芯片和信号线的中间层要保证完整，且表层信号层也应保证地完整。
（2）若PCB设计为2层，注意地线的铜箔尽量大且完整，用地线将敏感信号和干扰源隔开。用于隔开的地线，需布置过孔。
（3） AGND与GND 的应在电池的负极单点连接。布局方面，模拟部分和数字部分尽量分开。
（4）元件布局尽量将敏感元件放在PCB 中间，主控，FLASH，晶振等。其他非敏感元件可放在PCB 边缘，减少敏感器件受静电放电损坏的几率。
（5） RF天线必须放置板边，朝向 PCB板外，且在PCB最外面。天线周围尽量不要有金属，保证天线有足够净空区。如果天线没办法放在靠近模具的最外面，最好使用FPC天线。
（6）接口旁边可预留防 ESD器件，如充电柱， USB座等。
（7）为提高PCB 良率，过孔孔径/焊盘大小优先采用0.4mm/0.6mm，电源和数据线都采用此类过孔。可适当采用0.3mm/0.5mm过孔。走线设计，优先考虑最小线宽/线距=6mil/6mil，电源线和地线尽量加粗。

3.模具设计原则

（1）无线MIC方案，模具设计要充分考虑RF天线与人体的分离程度，尽量避免天线设计贴近人体，优化天线的辐射性能。
（2） MIC孔的位置，应保证较好的采声路径，模具设计应保证Speaker与MIC 的良好隔离，避免形成回声路径。
（3）喇叭单元应充分考虑受辐射的可能性，将其避开天线，电感，电池等辐射元件。
（4）项目立项前期应重点考虑产品结构，合理设计天线立体空间。

4.电源模块：电源完整性设计

（1）原理图及其原理说明

a. DCDC 回路尽量靠近主控放置，退耦需保证较好的地回路到芯片衬底处。106 电容靠近电感放置， 105 电容靠近BTVDD放置。
b.电感选型应充分预留余量，使用10UH绕线电感，饱和电流> 150mA。
c.所有电源退耦电容应靠近主控管脚放置。
d. VBAT、 IOVDD、 BTVDD 电容必需使用16V耐压值，其他为6 .3V耐压值。

（2） PCB设计说明

a. DCDC 回路尽可能靠近主控放置，且退耦电容地多打过孔。
b.大功率元件应靠近电源口放置，减少轨道塌陷噪声。
c.大电流回路应避开敏感元件及模块，如RF地回路远离晶振， DAC， ADC等。
d.为考虑地场完整性，建议使用4层板设计，有效降低地噪声。
e. DCDC模块电路尽可能远离天线，避免干扰。

5. RF模块：天线设计及布局

（1）原理图及其原理说明
a.天线效率上，单极>Loop>双极，但单极天线容易受周围材料影响，选型视结构、PCB而定。
b.原理图上预留Π型匹配网络，实际参数根据天线进行匹配后确定。
c.为提升ESD性能，需在天线端增加TVS器件，要求结电容小于1 pF。

（2） PCB设计说明

a.天线和地必须统一设计，不能脱离地场而把天线当作独立元件来设计。
b. RF 电路需放置在PCB板边，天线朝向 PCB板外， PCB天线周边不要有金属。
c. DCDC，高速信号线，音频线应避开天线放置，减少相互之间的干扰。
d.元器件尽量紧凑摆放，并保证主控芯片下方有完整地。
e. RF传输线要进行50 Ω设计，若要求高可要求板厂协助设计。
f.考虑地场完整性，若天线性能不达标，建议使用多层PCB设计。
（3）天线场设计
天线辐射性能必须采用整体设计的思维，以使无线性能达到最优。要求地场设计完整，无破碎的地、板边可适当渡边、立体空间干净。
1 单极天线：单极天线即单端天线，只有单臂，要设计具有出色性能的单极天线，必须考虑单极天线的镜像特性。因此设计具有足够尺寸的地场，且地场完整，才能提供单极天线所需的镜像面。
2 双极天线：双极天线原则上应用于长条形板子中，双极天线两侧长边具有天线效应，两侧长边地也是天线的镜像面，红色板边处，因此必须设计出足够长度的地场，才能发挥双极天线的最优性能。
3 回路天线：回路（Loop）天线是单端且天线终端短路的天线，一般应用于圆形板子中，由于采用类圆形绕线设计，相对单极天线，理论上效率会降低，回路天线也需要镜像面，因此其地场设计也必须完整且尺寸足够。
4 板载天线：板载天线设计基于 PCB 尺寸，一般应用于 PCB 尺寸较大的板子（大于半波长），优选 “单极板载天线”、次之 “双极板载天线”，可借助各类仿真软件，验证设计结果。在无仿真条件下，推荐使用标准倒F天线设计。
单极板载天线：适合各类形的板子，原理参见上述 “单极”介绍。
a 在保证地场尺寸和完整性的前提下，设计尽可能大的净空区。 b 天线布局在外侧，即按键侧、背离人体侧等，无遮挡的一侧。 c 走线等宽，尽可能保证线宽在 0.5mm 以上。
d 地场完整、板边地连续。
双极板载天线：适合长条形板子，原理参见上述 “双极”介绍
a 天线尾端增加地平面，离地安全间距 0.6mm 以上。
b 天线长度占 PCB 长度的一半左右。
c 天线尺寸在 16x3 .5 左右，可适当调整，离地的净空可适当加大。 d 天线布局在外侧，即按键侧、背离人体侧等，无遮挡的一侧。
e 走线等宽，尽可能保证线宽在 0.5mm 以上。
f 地场完整、板边地连续

6. Audio模块

ADC:

（1） MIC原理图及其原理说明

a. MIC 电路优先使用差分输入，需配合软件修改调试。
差分MIC用法
单端MIC用法
内置MIC与外置MIC切换
b.动圈 MIC使用差分时不需要接电源及地进行偏置，使用MIC0及MIC_BIAS0。
c.兼容内置MIC与外置MIC时，可通过选取音频座子实现硬件切换，共用一组MIC 口
d. MIC 电路若使用到AGND，从主控单独拉AGND 引出。
e.预留足够的物料做调音或滤波使用。

（2） PCB设计说明

a.由于MIC 电路增益较大， MIC及走线需避开干扰元件如天线，电感。必要时，将其周围净空，减少地电流引起的辐射对其进行干扰。（带RF PA 的案子尤其需要注意）
b. MIC 的AGND上不应有数字及RF 电流流过，因此AGND 需单独拉到电池处与GND短接。

DAC:

（1） DAC原理图及其原理说明

a. DAC接法分产品形态：①万能麦方案（外置接收板）②嵌入式无线话筒 ③双工游戏耳机
①万能麦方案
DA优先采用差分输出，这~~样可以有效优化底噪和干扰~~。使用时DAC需隔值输出，若方案需要实现开机状态下充电功能，则R1， R2必须串 1K 电阻使用，（若DAC输出直接接耳机，则R1， R2 为0R）
②嵌入式无线话筒方案
由于目前嵌入式无线话筒排线接口标准为（GND、 5V、 K、 MIC），则DA采用单端隔值输出模式。

③ 双工游戏耳机方案

双工游戏耳机方案可采用7018M作为earphone端主控，具备2路差分DAC输出，可分别接至发声单元。
游戏耳机作为普通耳机使用时，音频座子则需选用6 pin进行插入检测，对主控进行关机操作。
b.立体声的应用， DA参考地为AGND，且该AGND于电池处与GND短接。
c. PCB单端功放的电路，AGND端需单独从主控引出，并于电池处与GND短接，功放周围预留短接GND 电阻位用于调试。
d. DAC尽可能预留LC物料位置，用于滤除干扰或调音。

（2） PCB设计说明

a. DAC及AGND应并行走线减少共模干扰。
b. DAC应远离干扰信号线及辐射器件，如天线，晶振， RF-PA等，必要时将DAC周围净空处理。（带RF PA 的案子尤其需要注意）

7.防静电/浪涌设计

生产环境在干燥低温下容易积累大量的静电，造成电子器件的损坏。硬件必须做防静电设计，涉及普通IO、 DAC、电源、 RF 的静电保护（使用场景及型号选择请参考标准原理图）。充电口需预
留防浪涌单向TVS管。
PCB设计时，为提升抗静电及浪涌能力，整体PCB地平面需完整，且TVS管泄放路径地完整。

8.装配说明

由于装配涉及到整机环境，必须严格控制装机的一致性。而 “无线性能”和 “音质”直接受整机环境影响，注意以下事项。
a.电池必须贴海绵胶垫高处理，且尽可能拉大与天线距离，这样可保证装配的一致性，且提供无线性能。同时针对辐射噪声，可起到将喇叭与PCB 隔离的作用。
b.电池线及电池线、喇叭线、 MIC线必须避开天线放置。
c.电池线和喇叭线进行双绞线，且分开装配，可降低电池的辐射干扰，和喇叭回路耦合噪声。