耳机硬件设计指南V1.0

📎 原始文档：https://www.kdocs.cn/l/caIdfmmJWcyl

杰理方案耳机硬件设计指南_V1.0

目录
一、原理图设计............................................................................................................................................................. 2
1、认识芯片规格书............................................................................................................................................... 2
2、电源结构及IO 口说明.....................................................................................................................................2
3、各模块设计和器件选型注意事项...................................................................................................................4
a、天线模块................................................................................................................................................... 4
b、 DAC模块..................................................................................................................................................4
c、外置触摸&内置触摸................................................................................................................................ 5
d、 MIC模块.................................................................................................................................................. 5
e、晶振........................................................................................................................................................... 6
f、电池保护模块............................................................................................................................................6
g、烧录测试点............................................................................................................................................... 7
4、静电防护........................................................................................................................................................... 7
5、模拟地和数字地的区分................................................................................................................................... 8
二、PCB layout .................................................................................................................................................................9
1、了解产品定义和结构，确定各模块布局的优先级...................................................................................... 9
2、各模块设计注意事项....................................................................................................................................... 9
a、天线模块................................................................................................................................................... 9
b、 DAC模块&底噪注意事项...................................................................................................................... 9
c、外置触摸&内置触摸.............................................................................................................................. 10
d、 MIC模块................................................................................................................................................. 11
e、晶振......................................................................................................................................................... 11
3、静电防护......................................................................................................................................................... 11
4、数字地和模拟地区分..................................................................................................................................... 12
5、焊接测试点的摆放要求................................................................................................................................. 12
版权所有，侵权必究 1
地址：深圳市南山区艺园路202号马家龙文体中心B座4F
电话：0755-26499936 传真：0755-86540096
网站：www.zh-jieli.com

杰理方案耳机硬件设计指南

一、原理图设计

1、认识芯片规格书

芯片指标：设计前需要了解芯片的指标是否符合产品要求，应该从芯片规格书获取到对应的参数指标，另外原理图配置IO 的时候也需要了解IO属性。下面以AD6976D为例，从规格书提取相关数据（电压域、充电电流、IO属性及其他RF/DAC指标）
·了解芯片电源域，芯片供电由VBAT进入，芯片自带LDO输出VDDIO、 BTAVDD、 EVDD 电压；芯片内置充电模块由LDOIN进入，充电电流＜200mA。
·了解芯片的IO 口属性，识别电平范围：高电平＞0 .7 *VDDIO，低电平＜0 .3 *VDDIO；各IO 口可以分别配置上下拉电阻，列出了IO输出电流，且某些IO可以配置强电流输出。
·了解RF指标和DAC指标

2、电源结构及IO 口说明

版权所有，侵权必究 2
·电源拓扑图：
·充电模块电源设计：芯片内置充电管理模块，充电 5V可以直接接入到LDOIN，LDOIN 需要预留一个电容做滤波，但是电容值不能大于222，一般为NC，因为LDOIN还兼顾着有串口通信功能，电容过大会影响通信的波形。
·数字模块电源设计：VDDIO和VBAT各需要一颗 l05退耦电容。
·模拟模块电源设计：VCOM 需要一颗 l05退耦电容，HPVDD退耦电容需要预留。
版权所有，侵权必究 3
·蓝牙模块电源设计：主控内置DCDC 降压控制电路，但是 10uH 电感和 106 电容需要外接，BTAVDD 电源需要一颗 105退耦电容

3、各模块设计和器件选型注意事项

a、天线模块

预留Л型匹配网络，需要增加双向TVS管

b、 DAC模块

主控DAC为差分输出，DACR为正，DACL为负，设计必须预留LC滤波网络，用于应付辐射干扰，其中电感优先选用0402封装，0201封装由于工艺原因感值做不到 150nh 以上。
理论上LC值越大越好，但同时要兼顾音频输出的功率/频响和失真度，建议电感不大于330nh，电容不
版权所有，侵权必究 4

大于 100p。

若结构设计是喇叭和电池紧贴的，推荐LC值为220nh和100p，。

c、外置触摸&内置触摸

内置触摸电路：主控内部集成触摸模块，可直接IO 口连接到TCH 点，预留对地静电管，默认对电容NC，灵敏度优先软件调节，电容值越小越灵敏，NC就是灵敏度最高。特别注意，使用内置触摸做开机功能的待机功耗在 10uA~ 12uA，可选择关闭内置触摸来做船运模式（2uA）。

外触摸电路：

触摸识别IO优先选用PB1， PB1 自带长按复位功能。
触摸IC 的供电建议用IO做供电（IO供电可以灵活开关，特别是充电模式下若需关闭触摸功能可以做处理）。若使用VBAT供电，则要触摸IC 的输出口特性必须为OC/OD（开漏输出），否则会出现主控PB1被灌电流。

d、 MIC模块

麦的接地接模拟地，回流到主控AGND管脚，最后再跟数字地汇合。
硅麦：优先选用硅麦设计，硅麦一致性较好。供电固定使用MIC_BIAS，C8为隔直电容，同时也有调节通话音质的作用；C7做预留高频率波，有底噪时用 100p 电容；R5做预留抗干扰，有底噪时用220nh 电感。
版权所有，侵权必究 5
驻极体麦：驻极体麦成本相对较低。隔电容接法供电固定使用MIC_BIAS（主控内部可调上拉电阻）。省电容接法可以做到成本最低，MIC主控内部集成偏置电压供电并带去直流功能，需要软件对应配置。

e、晶振

晶振的设计可以省掉匹配电容，主控内部有集成匹配电容做频偏调整。晶振的规格与选型要求如下：

f、电池保护模块

做锂电池过充过放保护一般是外挂电池保护IC，具体的选型根据产品实际，主要关注4个电压点：过充保护电压、过充释放电压、过放保护电压、过放释放电压，具体选型可参考如下图
电路设计时需要仔细查看电池保护IC 的标准电路图，特别注意电池负极的接法，VM脚才是主控的GND。
版权所有，侵权必究 6

g、烧录测试点

4、静电防护

抗静电能力是衡量产品稳定性的一个重要指标。对于TWS耳机，在做静电测试时，我们需要保证耳机能正常工作，播歌声音正常，功耗正常，RF距离正常等等，那就必须要对敏感线路进行静电防护。
静电防护一般的处理方法就是在敏感线路上加TVS管，具体要在哪些线路上增加TVS管需要根据产品要求。下面列出不同静电等级时需要做防护的线路和TVS管的选型

静电等级	需要增加TVS管的线路
	RF	5V	DAC	VBAT	MIC	内置TOUCH
接触 4KV 空气8KV	必须(RF 用双向 TVS)	必须	预留	预留	预留	预留（RF用双向 TVS）
接触 8KV 空气 l5KV	必须(RF 用双向 TVS)	必须	必须	必须	预留	预留（RF用双向 TVS）

RF用双向TVS管规格要求与选型如下
版权所有，侵权必究 7

5、模拟地和数字地的区分

二、PCB layout

1、了解产品定义和结构，确定各模块布局的优先级

了解产品定义，主要关注几点性能：RF性能、静电等级、底噪要求，不同的性能要求需要对应不同的器件选型。例如RF要求高，推荐使用FPC天线，以下会在注意事项详细描述。
布局优先级考虑：RF →底噪→触摸→静电。

2、各模块设计注意事项

a、天线模块

天线布局需要摆在首位考虑，因为天线所占的空间大，既要保证天线的发射效率，又要保证不被干扰，在布局上需要非常小心。
选型建议：
1、 FPC天线：成本高，上盖与PCBA高度需要2.5MM 以上。优点是净空大相对远离人体，效果相对好。
2、陶瓷天线：成本低，布局受限大（需要避开金属器件和人体）。不同版型对应选取不同类型的陶瓷天线。长条形耳机推荐使用：地磁天线/回路天线。
3、板载天线：天线零成本，天线封装大，布局受限大（需要避开金属器件和人体），制版工艺一致性要求高。
布局要求：
1、防止被干扰，在天线的有效净空区内必须要远离金属器件：磁铁/铜柱/喇叭/电池；
2、远离人体，2.4Ghz频率是不能穿透人体的，唯一的办法就是让天线布局在相对空旷的地方。
3、防止干扰模拟信号，天线若靠近DAC/MIC/AGND或者喇叭摆放，必然就会对喇叭造成干扰，导致有高频干扰声。
走线要求：
1、微带线需要立体包地，若走线过长建议走50R 阻抗线。
2、布线若有遇到需转向时，不可用转角的方式，需用弧形方式走线转向。
3、 RF 布线下方要有完整地（严禁走信号线分割下方地回路），建议多打过孔墙。

b、 DAC模块&底噪注意事项

DAC模块的设计目标就是无底噪，而底噪的产生是多方面因素的，同样也跟器件的布局有非常大的关系，是布局layout 的重点之一。
版权所有，侵权必究 9
底噪产生的原因总结出来有两种，一种是器件的啸叫，一种是DAC受干扰。均需要从布局上去考虑，对应的处理方法如下：
1、 DCDC 电感（10uh）避免靠近磁铁，电感正对磁铁必然会有电感啸叫现象。处理的方法只有一种，将电感移开远离磁铁。
2、 DCDC 电感（10uh）避免正对喇叭，电感相当于一个绕线组，会辐射干扰喇叭回路。
3、 DAC如原理图设计要求，需要加LC滤波。
走线要求：DAC属于模拟信号部分，对应的滤波电容接地应该接模拟地。DAC走线应避免数字信号的干扰、避免与RF靠近、避免与主控SW 网络靠近。
封装选型：一般电感预留0402封装（120nh 以上的感值需要0402封装才能达到），电容只需要0201封装即可。

c、外置触摸&内置触摸

实际调试经验看，触摸的layout对灵敏度影响非常大，必须要按照设计要求来走线。
内置触摸设计要求：
1、布局，布局允许的情况下，触摸点离芯片引脚距离越近越好
2、线宽，保证最小线宽的前提下，走线0. 1mm~0. 15mm
3、走线，远离DAC， IIC， SPI等信号线
4、铺铜，保证PCB板地的完整性前期下，触摸走线0. 1mm~0. 15mm和GND安全间距0.25mm 以上，越大越好。
5、触点，铜箔、PFC和外壳的接触面积越大，贴合越紧密效果越好。

外置触摸设计要求：

1、在 PCB 上﹐ 从触摸板到 IC 接脚的线长越短越好。且此接线与其它线不得平行或交叉。
2、电源供应必须稳定﹐ 若供应电源之电压发生飘移或快速漂移或移位﹐ 可能造成灵敏度异常或误侦测。
3、覆盖在 PCB 上的板材﹐ 不得含有金属或导电组件的成份﹐ 表面涂料亦同。
4、必须在 VDD 和 VSS 间使用 C1 电容﹔ 且应采取与装置 IC 的 VDD 和 VSS 接脚最短距离的布线。
5、可利用 Cs 电容调整灵敏度﹐ Cs 电容值越小灵敏度越高﹐ 灵敏度调整必须根据实际应用的 PCB 来做调整﹐ Cs 电容值的范围为 1~ 50pF。
6、调整灵敏度的电容（Cs）必须选用较小的温度系数及较稳定的电容器﹔ 如 X7R丶NPO﹐ 故针对触摸应用﹐ 建议选择 NPO 电容器﹐ 以降低因温度变化而影响灵敏度。
版权所有，侵权必究 10