AC210N硬件设计指南V1.1
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V1.1
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第1章.概述……………………………………………………………………………………………………………5
1.1.芯片简介……………………………………………………………………………………………………5
1.2.设计说明……………………………………………………………………………………………………6
1.2.1.产品设计原则:安全、稳定、可靠…………………………………………………………6
1.2.2.硬件设计原则:便于量产、便于测试………………………………………………………6
1.3.缩写&术语………………………………………………………………………………………………………7
第2章.原理设计…………………………………………………………………………………………9
2.1.电源………………………………………………………………………………………………………9
2.1.1.充电管理(VPWR、VBAT)…………………………………………………………………9
2.1.2.VBAT……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9
2.1.3.IOVD………………………………………………………………………………………………………………………………9
2.1.4. SDPG……………………………………………………………………………………………………10
2.1.5. VCM………………………………………………………………………………………………10
2.1.6.MIC_LDO/MIC_BIAS………………………………………………………………………………………………………10
2.1.7.硬件复位功能……………………………………………………………………………………210
2.2.晶-振……………………………………………………………………………………………………………10
2.3.射频……………………………………………………………………………………………………10
2.3.1. BT蓝牙………………………………………………………………………………………10
2.3.2.FM收音……………………………………………………………………………………1
2.4.音频AUD0…………………………………………………………………………………………………11
2.4.1.Audio ADC(MIC、AUX……………………………………………………………………………………………11
2.4.2.DAC……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11
2.4.3.IIS(ALNK)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………12
2.4.4.TDM…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12
2.4.5.PLN………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12
2.4.6.SPDIF…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13
2.5. Peripheral. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13
2.5.1.ADC(SARADC)…………………………………………………………………………………………………………………………………13
2.5.2.IIC………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………14
2.5.3.SPI………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………14
2.5.4.UART…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………14
2.5.5.SD…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………14
2.5.6.USB……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15
2.5.7.QDEC…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………152.5.8.Timer/PWM/CAP……………………………………………………………………………………………………………………………………………15
2.5.9.I……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15
2.5.10.NTC…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15
2.5.11.NFC…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15
2.6. GPIO……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………16
2.6.1.IO上下拉电阻、上电默认配置………………………………………………………………16
2.6.2.IO驱动电流、状态、高压IO(HVT)…………………………………………………………17
第3章.硬件设计……………………………………………………………………………………………18
3.1.产品结构、板层设计…………………………………………………………………………………18
3.2. BT天线设计……………………………………………………………………………………………18
3.3.FM天线设计…………………………………………………………………………………………………20
3.4.电源设计…………………………………………………………………………………………………21
3.5.地场设计(关键项)………………………………………………………………………………………23
3.6.品振设计…………………………………………24
3.7.音频ADC设计………………………………………………………………………………………………26
3.7.1.MIC输入设计………………………………………………………………………………………………………26
3.7.2.AUX输入设计……………………………………………………………………………………………27
3.8.音频DAC设计……………………………………………………………………………………28
3.9. PDM(PLINK)数字麦克风…………………………………………………………………………29
3.10. SPDIF设计……………………………………………………………………………………………29
3.11. SD卡设计……………………………………………………………………………………………31
3.12. NTC电路设计………………………………………………………………………………………31
3.13.QDEC………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………32
3.14.防静电设计……………………………………………………………………………………………32
3.15.防浪涌设计………………………………………………………………………………………………3
3.16. EMC/EMI防护设计……………………………………………………………………………………34
第4章.开发、生产、量产注意事项……………………………………………………………………35
4.1.烧写、升级、测试说明…………………………………………………………………………………35
4.2.生产装配说明……………………………………………………………………………………………35
修改记录
本文档用于指导硬件设计,其中“概述”描述芯片简介和相关设计原则,“原理设计”描述原理和相关接口信息,“硬件设计”描述设计细节和相关注意事项。
| 时间 版本 描述 | ||
|---|---|---|
| 2026/04/18 | V1.0 | 原始版本 |
| 2026/05/19 | V1.1 | 1、增加2.1.7.硬件复位功能章节 2、在2.1.3.IOVDD章节,补充“充IOVDD掉电方案,内 部上拉电阻固定200K的说明” 3、在2.5.1.ADC(SARADC)章节,补充“补充PADC1/2使 能后,默认有200K下拉的说明” 4、在2.5.11.NFC章节,补充“NFC设计说明:RX固定 PA9不能映射,TX可映射” 5、在2.6.1.IO上下拉电阻、上电默认配置章节,补充“PB1、 PB10内部上拉电阻精度” |
第1章. 概述
1.1.芯片简介
AC210N系列芯片是集成蓝牙模块的32位高性能SOC,主频高达307.2MHz,集成低噪AudioADC和DAC,集成高性能双模蓝牙、立体声FM收音、航空波段AM收音、DAB/DAB+数字音频广播、SDIO、USB 2.0、SPDIF、IIS(ALNK)、TDM、PLNK、SARADC、NFC、SPI、IC、UART、QDEC、LEDC灯带、Timer、MCPWM、PWM、IR等,面向广播音箱、仪表盘等产品应用。
芯片特色:
●内置PMU管理单元,支持软关机、低功耗蓝牙连接、待机及硬件复位等应用场景
●内置充电管理单元,支持3.7V锂电池充电,最大充电电流380mA
●内置LDO3V电源转换,典型输出IOVDD=3.3V,最大可驱动180mA外设负载
●内置2路24位Audio ADC(集成前置信号放大单元),支持模拟MIC、AUX等输入
●内置3路24位Audio DAC(集成功率输出放大单元),支持差分、单端及VCOM输出
●集成蓝牙基带、调制解调器及模拟RF模块,支持Bluetooth6.0双模及标准auracast广播
●集成时钟控制单元,支持外置晶振提供时钟源,典型外挂24MHz主系统晶振及32.768KHzRTC时钟
●具备丰富的数字外设和IO重映射功能,除固定IO接口外,其余IO可依据芯片规格书灵活分配
●所有GPIO均可配置唤醒口(边沿触发),软关机唤醒时,IO状态可保持
● GPIO可配置3档上下拉电阻,支持推挽输出和高阻态配置,支持多档电流驱动
●支持10-bit ADC模拟采样功能
●支持UART串口打印、串口升级代码等功能
●内置Timer、PWM等常用功能模块
●支持FM、USB、SDIO、IC、SPI、IS、TDM、SPDIF、NFC、PLNK、IR等丰富接口
芯片框架:
AC210N芯片集成蓝牙模块、PMU管理模块、内存管理模块、AD/DA低噪声音频模块,具备丰富的数字外设资源。
图1-1 AC210N硬件框架图
1.2.设计说明
1.2.1.产品设计原则:安全、稳定、可靠
1、产品必须满足静电标准:接触放电大于±4KV,空气放电大于±8KV,设计留有余量。
2、产品必须满足抗浪涌:一般大于±48V(标准必须根据产品应用场景调整),设计留余量。
3、产品必须做好电源保护,如防过压/防过流/防反接/防浪涌等。
4、产品若用电池供电,要求电池电压0V时,充电下产品必须能正常工作,不依赖电池电压。
5、产品必须支持长时间运输(如船运模式),出厂时特殊配置进入极限最低功耗。
6、TWS产品尽可能选择可靠配对方式,“按键配对”容易产生混配,如客户确实需要,标红此功能有负面影响。
1.2.2.硬件设计原则:便于量产、便于测试
一、原理图设计
要求兼顾功能和性能,设计时务必考虑安全、稳定、可靠。
总的原则是,优先功能模块化设计,参考典型电路方案,合理元件选型,留有余量设计,在标识上务求准确可靠、简洁明了,保证后续软件开发的便捷、可靠、高效。
特别注意事项(IO分配原则):
1)务必考虑IO电气干扰,如避免在敏感模拟信号旁边分配高速数字跳变信号等。
2)务必考虑IO特殊状态(如上电、软关机、掉电唤醒、长按复位、合绑等)。
3)务必考虑IO电气特性,如IO驱动电流、耐高压、上下拉电阻、IO内阻等特性。
4)务必考虑产品设计便捷性,合理IO分配,使产品最优化设计,便于缩短项目开发周期。
5)空闲IO拉出测试点,便于功能调整、测试。
二、PCB设计
优先以下流程开发:结构设计、板层设计->天线->地场->晶振->电源->敏感信号等。
1)结构设计:模具最优化设计。射频/音频应用时,务必考虑蓝牙/FM天线、MIC、喇叭等结构设计,以最大化发挥产品性能。
2)板层设计:优选多层板,可提供完整地平面和信号线布局空间。
3)天线设计:选择合适的天线类型,和摆放空间(空间足够优选板载如倒F天线)。
4)地场设计:多层板必须至少留一层完整的地平面,严格要求地回路阻抗小。(地场直接影响系统性能)
5)晶振设计:远离干扰源,根据原理图要求做好净空隔离,减少寄生效应,预留电容调节频偏。
6)电源设计:关注电源退耦电容、电源布局、线宽线长及地回流路径。
7)敏感信号设计:如“DAC、MIC、AUX、FM”等功能模块或走线,注意远离干扰等。
芯片应用特殊注意事项,请详见各“标准原理图”。
1.3.缩写&术语
VPWR:芯片供电输入端(<=5.5V),或内置充电输入端;
VBAT:芯片供电输入端(<=4.5V),或内置充电输出端(支持3.7V锂电池充电);
IOVDD:芯片LDO稳压输出(软关机可配关断),驱动电流180mA(包括主控IO消耗);
SDPG:SD/TF卡专用供电(可配通断),驱动电流120mA;
OCP:VBAT供电过流保护(要求软件配置OCP使能,仅限个别有OCP说明的封装);
ADCx:ADC采样输入检测(x为通道);
PADCx:ADC采样检测(需配置模拟多路开关AMUX选中);
MIC_x0:单端MIC或其他模拟信号输入(专用)通路,x为通道,其中MIC_xN为差分负端输
入(专用);
MIC_BIAS:MIC供电,可选内置上拉0.3K~10.5KΩ输出;
MICLDO:MIC供电,无内部上拉,需外加合适电阻后给MIC(驻极体)供电;
AUXx:模拟音频输入(x为通道);
SPDIF_INx:SPDIF音频输入接口(x为通道),内部带弱信号放大;
update:单线串口升级IO口;
ntc:已校准内部上拉电阻,外挂NTC支持省外部上拉检测(专用);
pu:上电开机初始状态为上拉;
pd:上电开机初始状态为下拉;
HVT:耐高压IO(5V),常用于部分默认高mute的功放或5V充电输入检测;
AVSS:模拟地;
RFVSS:BT参考地;
FMVSS:FM参考地;
GND/VSS:数字地或主系统地;
4
第2章. 原理设计
AC210N芯片集成了“内置充电管理、LDO电源(IOVDD、MIC_LDO/BIAS)、晶振、FM、蓝牙、Audio ADC(MIC、AUX)和Audio DAC、IIS(ALNK)、TDM、PLNK、SPDIF、SARADC、SPI、SD、USB、IIC、UART、NFC、QDEC、LEDC灯带、Timer、MCPWM、PWM、CAP、CLKOUT、IR,内置3档上下拉电阻、4档驱动电流、耐高压IO”等资源。
注1:晶振、FM、蓝牙、SARADC采样检测、模拟Audio ADC/DAC等外设,均为固定IO,严禁随意分配。
注2:IIS(ALNK)、TDM、PLNK、SPDIF_OUT、SARADC、SPI、SD、IC、UART、NFC、QDEC、LEDC灯带、Timer、MCPWM、PWM、CAP、CLKOUT、IR等外设,支持crossbar映射,可灵活分配IO,支持映射到PA/PB/PC、USBDM/DP或VPWR,SPDIF_IN内部带弱信号放大,建议固定IO使用。
注3:不推荐crossbar映射到VPWR/USB口。做普通IO使用时,建议用于IO输入检测等。
2.1.电源
2.1.1.充电管理(VPWR、VBAT)
芯片内置充电管理,当VPWR-VBAT≥0.8V时,恒流最大充电电流380mA。充电输入电压4.5V≤VPWR≤5.5V,支持输出VBAT=4.2V或4.4V两档模式,支持同时给电池充电和系统供电。
使用外置充电时,VPWR可用于充电插拔检测(仅限5V适配器),具有插入5V硬件复位功能。
2.1.2. VBAT
VBAT是整个芯片的供电输入端,供电电压2.7V<VBAT≤4.5V,一般接电池。要求VBAT和IOVDD压差>300mV,且IOVDD电压>(FLASH工作电压或LVD电压)。
2.1.3. IOVDD
IOVDD是3.3V电源域LDO稳压输出,输出范围2.7V≤IOVDD≤3.6V,电压档位可调,最大输出电流Imax=180mA(包含主控IO和系统消耗)。
在VBAT或VPWR不掉电情况下,软关机IOVDD软件可设置关断,此时,软关机唤醒只能用固定IO PBO/PB1/PB2/PB3/PB4/PB5/PB6唤醒,且只能用内部上拉,上拉电阻固定200KQ,外部不能加电阻上拉到IOVDD。
软关机IOVDD软件不设置关断时,可用任意带ADC功能的IO做唤醒,按键可选择用内部或者外部电阻上拉到IOVDD,且内部上拉电阻可任意配置。
优选PB1做开关机按键,内部上拉电阻精度更高(2%),且具备硬件复位功能。
2.1.4. SDPG
SDPG是3.3V电源域可开关输出电源,固定IO出口(PP2),输出电流Imax=120mA,一般用于电池不掉电方案,给SD/TF卡供电,也可用于其他外设(需注意卡的扰动)供电。不使用SDPG电源功能时,可作普通IO使用,注意此PP2无内部上下拉电阻。
2.1.5. VCM
VCM是音频参考电源。
2.1.6.MIC_LDO/MIC_BIAS
MIC_LDO/MIC_BIAS是用于MIC差分或单端电路供电的输出电源;MIC_LDO/MIC_BIAS是LDO稳压输出,电压档位可调,输出范围2V~3V;MIC_LDO直接输出无上拉电阻,MIC_BIAS可配置上拉0.6~8KΩ。
2.1.7.硬件复位功能
有如下四种方式实现硬件复位功能,确保软件工作异常时,能操作复位芯片。
1、PB1接低电平,具有长按复位功能,时间可设置;
2、PB3接低电平,具有短按复位功能;
3、VPWR接5V充电输入,具有复位功能,时间可设置;
4、VCM接IOVDD,具有短接复位功能。
应用时需留意,PB1、PB3芯片复位功能,默认关闭,可通过烧写器开关此功能。若打开,禁止用于IO接低电平的应用,避免误触复位。
2.2.晶振
芯片有2组晶振接口,XOSCI/XOSCO和32KOSCI/32KOSCO,XOSCI/XOSCO一般接24M晶振(主时钟),32KOSCI/32KOSCO一般接32.768K晶振(RTC时钟)。
2.3.射频
2.3.1.BT蓝牙
BTRF是2.4G蓝牙天线接口,工作频段:2.40~2.48GHz,双模蓝牙V6.0,支持蓝牙BR,EDR和BLE。BLE Audio,包括CIS和BIS,支持标准Auracast广播。必须配套2.4G蓝牙天线,以保障蓝牙收发性能。
输出功率最大+13dBm,接收灵敏度最小-96dBm,其它指标见“规格书”。
2.3.2.FM收音
FMIP是FM天线接口,支持50~108MHz频段,支持接收、发送,stereo/mono/RDS功能。接收灵敏度最小1.5uVEMF,其它指标见“规格书”。
2.4.音频AUDIO
2.4.1.Audio ADC(MIC、AUX)
芯片有2路独立的Audio ADC通道,支持“驻极体MIC”和“硅MIC”输入,支持“AUX”输入;MIC_x0、AUXx都是Audio ADC的输入端口,共用内部2路通道。其中:MIC_x0常用于做麦差分正输入端(也是单端信号输入端),MIC_xN常用于做麦差分负输入端,支持隔直电容方式及省电容(仅限PA1/PA0合绑封装支持省电容)输入。AUXx常用于做AUX及其他模拟信号输入;
支持8~192KHz采样率,16/24bit数据,支持输入信号≤1Vrms(差分2Vrms),SNR≤100dB。MIC_xP、AUXx支持内部走模拟通道直通DAC输出,模拟增益可调。
MIC_BIAS支持内部上拉0.6~8KΩ电阻(常用于成本敏感方案,可省驻极体麦外部上拉电阻),MIC_LDO输出无上拉电阻,驻极体麦方案须硬件预留电阻上拉。MIC_x通道对应IO口如下表。
| MIC通路(共用2路Audio ADC) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| A组 | B组 | ||||
| I/O | I/O | ||||
| PA0 | MIC_LDO /MIC_BIAS | LDO稳压输出 /BIAS电源 | PA0 | MIC_LDO /MIC_BIAS | LDO稳压输出 /BIAS电源 |
| PA1 | MIC_A0 | 单端/差分正端 | PA4 | MIC_B0 | 单端/差分正端 |
| PA2 | MIC_AN | 差分负端 | PA3 | MIC_BN | 差分负端 |
AUXx通道对应IO口如下表。
| AUX通路(共用2路Audio ADC) | |
|---|---|
| PA6 | AUX0 |
| PA7 | AUX1 |
| PA2 | AUX2 |
| PA3 | AUX3 |
驻极体麦支持省电容单端、隔直单端及隔直差分方式三种,仅PA0/PA1双绑或硬件短接才支持省电容方式。
2.4.2. DAC
Audio DAC有3路通道,分别为“DACFL、DACFR、DACRL”,支持:
1、单声道、立体声、三声道单端;
2、单声道差分;
3、双声道VCMO(DACRL做VCMO公共端)直推。
支持8~384KHz采样率,16/24bit数据,支持单端/直推输出信号≤1Vrms(差分2Vrms),SNR≤114dB。
DAC和ADC结构上相互独立,可独立开关,可工作于各自不同的采样率下。若有DAC通道未使用,IO资源紧张情况下,可用来做输出高、低电平、高阻三种状态的IO使用(驱动力≈1mA,内阻≈100Ω,翻转频率必须≤1MHz,建议用于常态使能控制)。
2.4.3.IIS(ALNK)
芯片内置1个ALNK模块(Audio Link),是一个通用双声道音频接口,用于外设DAC或ADC,支持DMA。
支持DAT0~DAT3的4独立双向通道(输入或输出),可相互独立工作,可映射到PA/PB/PC口。
| ALNK | |
|---|---|
| ALNK_SCLK | 位时钟 |
| ALNK_LRCK | 采样率 |
| ALNK_DAT0 | 数据0通道 |
| ALNK_DAT1 | 数据1通道 |
| ALNK_DAT2 | 数据2通道 |
| ALNK_DAT3 | 数据3通道 |
| ALNK_MCLK | 主时钟 |
2.4.4. TDM
TDM是Time Devision Multiplexing,即时分复用接口,由MCLK、CLK、SYN、DAT组成,以固定时间间隔来传输不同的信号,实现多路传输,可任意映射到PA/PB/PC口。
| MCLK | 主机提供的时钟 |
|---|---|
| CLK | 数据位时钟 |
| SYN | 帧同步时钟 |
| DAT | 通信数据 |
2.4.5. PLNK
PLNK是数字麦克风接口,由DATO、DAT1、SCLK组成,共有两个输入接口,每个接口可同时接两个数字麦,可任意映射到PA/PB/PC口。
2.4.6. SPDIF
SPDIF(Sony/Philips Digital Interface)音频接口,包含一个Master和Slave,可同时和外部进行通信,支持最高采样率384K,支持16bit/20bit/24bit的数据位宽。
模块支持接收SPDIF_IN(4路)和发送SPDIF_OUT(1路),内置弱SPDIF_IN信号放大整形模块,4通道固定IO输入。1路SPDIF_OUT可任意映射到PA/PB/PC口。
| 弱SPDIF_IN信号 | 固定IO(内置信号放大整形模块) |
|---|---|
| SPDIF_INO | PA10 |
| SPDIF_IN1 | PA11 |
| SPDIF_IN2 | PA12 |
| SPDIF_IN3 | PA13 |
输入信号为强信号时,4路SPDIF IN可任意映射到可任意映射到PA/PB/PC口。
| 强SPDIF_IN信号 | 可映射 |
|---|---|
| SPDIF_INO | 输入通道0 |
| SPDIF_IN1 | 输入通道1 |
| SPDIF_IN2 | 输入通道2 |
| SPDIF_IN3 | 输入通道3 |
如:光纤信号(3.3V逻辑强信号)输入可映射到任意IO输入,同轴、HDMI信号(小于3.3V逻辑弱信号)输入需用带信号放大的IO输入。SPDIF IN支持同时对4个通道进行插入、拔出检测。
2.5.Peripherals
2.5.1. ADC(SARADC)
SARADC是10Bit ADC,共16通道,固定IO。
| I/O | I/O | I/O | I/O | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PA5 | ADCO | PA12 | ADC4 | PB14 | ADC8 | PC5 | ADC12 |
| PA8 | ADC1 | PB8 | ADC5 | PC1 | ADC9 | PP2 | ADC13 |
| PA9 | ADC2 | PB10 | ADC6 | PC3 | ADC10 | USBDP | ADC14 |
| PA11 | ADC3 | PB12 | ADC7 | PC4 | ADC11 | USBDM | ADC15 |
另有3通道PADC,固定IO。共用SARADC 10Bit ADC,其中PADC1、PADC2为1/2分压输入,精度差于其他ADC,使能PADC1/2功能时,默认有200K下拉。应用时根据精度需求灵活调整。
| IO | |
|---|---|
| PB1 | PADC0 |
| PB0 | PADC1(1/2分压) |
| PB6 | PADC2(1/2分压) |
|---|
2.5.2. IC
IIC是一个标准的遵守IC协议的串口通讯接口,支持主机和从机模式。支持标准速度模式(100KHz)、快速模式(400KHz)、快速增强模式(1MHz)。上拉电阻越大,频率越低,共1通道,可任意映射到PA/PB/PC口。
| IIC_SCL |
|---|
| IIC_SD |
2.5.3. SPI
SPI是一个标准的遵守SPI协议的串口通讯接口,共3组,SPIO/SFC为系统自用,固定IO;SPI1、SPI2接口支持CPU控制,支持单向DMA(不能同时收发),可任意映射到PA/PB/PC口。
| SPI1 | SPI2 |
|---|---|
| SPI1_CLK | SPI2_CLK |
| SPII_CS | SPI1_CS |
| SPI_D0 | SPI1_D0 |
| SPI1_D1 | SPI2_D1 |
| SPI1_D2 | SPI2_D2 |
| SPI1_D3 | SPI2_D3 |
2.5.4. UART
UART有UARTO、UART1、UART2三组。其中,UART1支持接收带循环Buffer的DMA模式。三组UART均可任意映射到PA/PB/PC口。
| UART0 | UART1 | UART2 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| TX | RX | TX | RX | TX | RX |
2.5.5. SD
SD是一个标准的遵守SD协议的串口通讯接口,为SD0,只支持主机模式,支持1 bit和4 bit模式,支持高速和低速模式,时钟最高50MHz,支持命令DMA和数据DMA,且相互独立,可以同时做DMA,可任意映射到PA/PB/PC口。
| SD0_SCK |
|---|
| SD0_CMD |
| SD0_DAT0 |
| SD0_DAT1 |
| SD0_DAT2 |
| SD0_DAT3 |
2.5.6. USB
USB是一个Full Speed(USB2.0),支持普通IO功能,USBDP、USBDM为固定IO。通信频率12MHz。
2.5.7.QDEC
QDEC是正交编码器检测模块,支持2线输入,有1组通道,支持4 phase、2 phase、1 phase三种模式,一般旋转编码使用1 phase,鼠标滑轮使用2 phase,模块自带定时器,可任意映射到
PA/PB/PC口。
| Q-decoder0 | Q-decoderl |
|---|
2.5.8. Timer/PWM/CAP
Timer有Timer0~Timer5共6个32位定时器,支持定时TMRx/计数CNTx/捕捉CAPx/时钟CLKOUTx/PWMx,x=0~5;驱动源可以选择“内部时钟”或“外部信号”。
支持上升沿/下降沿捕获功能,可以测量外部信号电平宽度,可任意映射到PA/PB/PC口。
2.5.9. IR
IRFLT是一个专门用于滤除红外接收头上窄脉冲信号的硬件模块,可任意映射到PA/PB/PC。
2.5.10.NTC
NTC是热敏电阻检测,用于检测温度变化范围。
1)芯片PB10内置支持上拉5K、10K、200K±1%精度电阻,可省外挂上拉电阻。使用PB10作为检测时NTC选型与内部上拉相当的型号如5K@25°C、10K@25°C、200K@25°C。
2)使用其他SARADC功能IO做NTC功能,需外挂1%及更高精度上拉电阻。
2.5.11.NFC
NFC_CARD模块符合NFC的卡模式功能,可以模拟成一张符合TYPE-A TAG-2协议的标签,
实现标签的读写功能。
工作频率为13.56MHz,支持ISO/IEC-14443 Type A的第2、3部分无线通信接口协议。
共有1个通道,NFC_RX固定PA9输入,不能映射,NFC_TX可任意映射到PA/PB/PC。
| NFC_RX | PA9 |
|---|---|
| NFC_TX | 可映射 |
参考电路如下:
图2-5-1 NFC参考电路
2.6.GPIO
2.6.1.IO上下拉电阻、上电默认配置
PB1、PB10内部上拉电阻偏差为“±2%”,下拉电阻偏差为“±20%”,其余IO内置上下拉电阻偏差均为“±20%”。
| Resistor | Pull-Up(上拉) | Pull-Down(下拉) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Register | PU | PD | ||||||
| Bit Port | 00 | 01 | 10 | 11 | 00 | 01 | 10 | 11 |
| VPWR PA0~PA13 PB0~PB14 PC0~PC5 | 一 | 5KΩ | 10KΩ | 200KΩ | 一 | 5KΩ | 10KΩ | 200KΩ |
| PP2 | 一 | 一 | ||||||
| USBDP | 1.5KΩ | 5KΩ | 10KΩ | 200KΩ | 15KΩ | 5KΩ | 10KΩ | 200KΩ |
| USBDM | 180KΩ | 5KΩ | 10KΩ | 200KQ | 15KΩ | 5KΩ | 10KΩ | 200KQ |
注:“—”代表“未开”
芯片上电特殊配置IO:
| 默认上拉IO=10KΩ,PU=10 | 默认下拉IO=15KΩ |
|---|---|
| PB1、PB3 | USBDP、USBDM |
2.6.2.IO驱动电流、状态、高压IO(HVT)
| IO输入逻辑电平 | Input VH≥0.7IOVDD,Input VL≤0.3IOVDD | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| HD1、HD0(Vdrop=0.3V) | 电源域 /耐压 | 软关唤醒 时IO状态 | ||||
| Port Bit | 00 | 01 | 10 | 11 | ||
| PA0~PA13 PB1~PB5 PB7 PB9~PB14 PC0~PC5 | 1mA | 4mA | 8mA | 32mA | IOVDD | 保持 |
| PBO(HVT) | 1mA | 4mA | 8mA | 9mA | 5.5V (HVT) | 保持 |
| PB6 | 1mA | 4mA | 8mA | 9mA | IOVDD | 保持 |
| PB8 | 1mA | 4mA | 8mA | 64mA | IOVDD | 保持 |
| PP2 | 120mA | IOVDD | 保持 | |||
| VPWR | 2mA | ≤5.5V (HVT) | 保持 | |||
| USBDP USBDM | 10mA | IOVDD | 保持 |
备注:1、IOVDD是3.0V电源域;
2、HVT为耐高压IO;
3、软关机唤醒时IO状态“保持”,代表可设置为任意状态;
第3章. 硬件设计
以我司蓝牙产品为例,优先以下流程设计:
产品结构、板层设计->天线->地场->晶振->电源->敏感信号设计等
3.1.产品结构、板层设计
项目立项前期必须重点评估产品结构,以最大化发挥无线射频、声学音频性能。
重点留意“天线”、“MIC”、“喇叭腔体”的结构位置,要求“天线”有足够的辐射空间、“MIC”利于声音高质量采集等,“喇叭腔体”利于声音高质量传输等,以向客户提供优越性能的产品。
例如:天线周边的金属材料会干扰天线性能,天线位置靠近人体会阻隔辐射,天线易受喇叭、推屏等高速信号辐射干扰等。尽可能结构设计时,给天线有足够的立体空间,天线尺寸越大、天线性能越好,且装配时避开干扰源。
例如:MIC和喇叭选型、腔体设计、装配设计,要求一致性优良。出厂前务必做好声学结构设计,以利于后续软件算法,最大化发挥声学性能。
PCB板优选多层板,以提供完整的地平面和信号线布局空间。单面板或双面板设计,则严格要求电源信号完整性,要求“地回路阻抗小”。
好的产品结构和板层,可以高效、快速地推进项目实现和落地,以最低的时间成本获取收益。
3.2.BT天线设计
天线必须有足够的立体空间。
天线选型,需结合产品的外观、尺寸、结构、使用场景决定。
BT蓝牙天线常用的有“板载、陶瓷、FPC”3种;原理上一般有“单极、双极、回路(Loop)”,天线效率理论上“单极>双极>Loop”,但是单极天线容易受周围材料影响,从而改变天线特性。根据天线空间和产品外观,选择合适的天线:
小尺寸的产品,优选顺序为:“FPC->陶瓷->板载”(原理上:单极->双极->Loop);
大尺寸的产品(长边≥4CM),直接设计板载天线(原理上:单极->双极),板载天线类型有“倒F、蛇形、I型等”,考虑稳定性,首选倒F型。
一、原理图设计注意事项
图3-2-1 BT天线电路
1)天线预留T型或π型匹配网络,且靠近天线端处TVS管不可省(寄生电容≤0.5pF)。如有必要,可增加滤波器衰减蓝牙高次谐波信号,防止杂散超标;
2)天线匹配需采用高精度电感、电容(高频物料),保证产品蓝牙性能及一致性;物料取值,参考网分仪匹配调整,或根据实际测试结果调整。
原则上,每款机型,都需调整匹配,达到最佳的蓝牙性能,匹配频率需根据实际软件设置频段灵活调整。
二、PCB设计注意事项
1、天线布局考量
图3-2-2天线镂空
1)根据空间结构,必须合理选择天线类型和布局位置,远离电池、麦、喇叭、人体等。
2)“天线”和“地”必需要统一设计,要求地平面完整,空间足够。
3)天线必须靠近板边放置,净空区尽可能大,至少≥3mm。
4)天线背面禁止任何走线、及敷铜,必须镂空。
5)天线必须远离“DCDC电路、翻转IO”等,减少对RF的干扰。
6)天线必须远离DAC、MIC、AUX等电路,减少RF辐射导致的射频噪音。
2、匹配网络、传输线50欧姆设计考量
蓝牙天线匹配网络有:T型、Ⅱ型、L型;前期设计上,小尺寸天线选T型,大尺寸天线选Ⅱ型;最后实际使用一般是L型;任何一款“天线”或“样机”必须做阻抗匹配,匹配参数以实际调试为准。
图3-2-3
BTRF传输线(白色线)
1)天线匹配网络及传输线,要控制好50欧阻抗设计。可要求板厂设计实现,也可使用阻抗计算工具(如SI9000),根据“板厚、板层、板材、铜厚”合理设计RF传输线的“线宽、线距”。
2)匹配物料要求紧凑摆放,周边地场干净完整。布局上需避开晶振、MIC、DAC等敏感信号,以及高速数字翻转信号。
3)传输线,走线尽量短,禁止有分支。
4)传输线,走线尽量直线引出,避免90度拐角走线。
5)传输线,两侧的地打过孔墙,一般按1-2mm的间距打过孔墙。
6)阻抗匹配频段必须与通信频率对应,以保证最佳性能,如部分产品形态可能有2.3GHz、
2.4GHz、2.5GHz三种频段。
3.3.FM天线设计
FM模式下尽量使功放工作于AB类,避免使用D类模式导致干扰。
升压芯片给主控供电的产品,进入FM模式后,建议关闭升压芯片的使能,采用不经过稳压芯片电池直接给主控供电的方式。
内置腔体内的软包天线,在装配时FM天线必须远离干扰源,如功放、升压电感、PWM推灯、喇叭线、喇叭体、灯带、电池线、DCDC升降压电路等大功率、大电流、强辐射器件。尝试减小干扰源的干扰程度,如:剪短灯带、喇叭、电源线等,必要时加强屏蔽措施优化,如预留屏蔽罩等。合理的结构设计(天线与干扰源独立腔体)、布局、装配可以避免大多数的辐射干扰问题。
二、原理图设计注意事项
FM天线及匹配物料设计要求
1、FM模式功放必须用AB类模式,减少干扰;
2、FM匹配物料及天线,远离高频模块如:DCDC电源、带升压的功放,电池线、喇叭线、喇叭体等,尽量选用外置天线,腔体内摆放的天线更易受干扰;
3、高频匹配物料、地完整性良好,能带来更优灵敏度指标;
4、匹配物料参数可根据实际效果微调。
5、建议主控最小系统单独分地,到电池短接到数字地,
| 1、电感必须使用高频电感,测试频率>50MHz,Q值>8, 2、电感推荐型号:MHO1006PR30(063封装) HSCD603-R30J-T(0603时装)、SDC1006CR30JTDF0402封装)。 3.ESD管严禁省掉,规格: 启动电压>34V、钳位电压(14A时)<8V、双向。 |
|---|
图3-3-1 FM天线电路
1)尽量不翻转FM附近任何IO,减少芯片指令操作(如读写FLASH)。
2)FM接收天线必须串接电感,且在天线端加ESD管,规格:启动电压>3.4V,钳位电压(I=4A时)<8V。
3)FM天线匹配网络(电感、电容)推荐使用高频器件(工作频段50~108MHz)。
4)若对FM性能有较高要求,可增加放大电路。
5)主控及收音供电输入端预留串联磁珠、对地滤波电容,与其他大电流电源网络单点“星形”连接,避免串扰,影响收音效果。
5)复用充电线、AUX线做天线的方案,在电路设计时,要注意天线走线不要太“绕”、“长”或者有太多分叉,相邻其他信号线硬件上预留串联磁珠物料。
二、PCB设计注意事项
图3-3-2天线镂空
1)天线焊点净空,尽量用地保护,就近放置在芯片FM管脚附近,远离“翻转IO”等干扰源。
2)天线及微带线走线加大与铺铜的间距,背面禁止任何走线,减少寄生电容及GND干扰。
3)主控电源layout时,尽量与其他大功率外设电源如功放、灯带等,在电池输入端“星形”连接,各大功率电源网络预留磁珠,避免公共回路,主控供电输入端预留串联磁珠,做好滤波隔离。
4)D类大功率功放方案,建议主控最小系统单独分地,单独拉线到电池端短接到数字地,避免功放、DCDC电源等大电流地回路干扰FM。
5)内置在腔体的软包天线,在装配时FM天线必须远离干扰源,如功放、PWM推灯、喇叭线、喇叭体、灯带、电池线、DCDC升降压电路等大功率、大电流、强辐射器件。
6)优先选用外置拉杆天线,腔体内摆放的软包天线更易受干扰。
7)保证地的完整性,特别是两层板,铺铜避免出现窄带、细碎等情况。
3.4.电源设计
AC210N内置电源输入管理单元,支持VBAT单独给系统供电,也支持VPWR单独给系统供电。设计时,需留意供电场景及电压范围。
表3-4-1供电场景
| 主控供电场景 | 备注 | |
|---|---|---|
| 单独供电至VPWR (VBAT不接电池) | 支持 | (IOVDD+300mV)≤VPWR≤5.5V 且IOVDD电压>FLASH工作电压或LVD电压 |
| 单独供电至VBAT 如3.7V锂电池供电 | 支持 | (IOVDD+300mV)<VBAT≤4.5V 且IOVDD电压>FLASH工作电压或LVD电压 |
| 供电至VBAT 同时VPWR用于充电输入端 | 支持 | VPWR为充电输入端 VBAT为充电输出端 |
一、原理图设计注意事项(以VBAT锂电池供电为例)
图3-4-1单节锂电池供电参考
1)注意供电场景,严格限制供电输入电压。单节锂电池方案,建议单独稳压到4.2V左右给VBAT供电,避免电池低电影响芯片性能。
2)注意供电保护,防过压/过流/反接/浪涌等。
3)注意电源退耦容值随电压升高而下降,请确保其工作电压下的容值≈标称值。
4)主控VBAT、VPWR退耦电容耐压值要求≥16V,主控其他电容耐压值≥6.3V;其他外设电容依据其工作电压要求选择(防止浪涌、过冲击穿),一般5V电源域耐压值≥16V。
4)主控电源退耦电容,优选大封装尺寸(如0402及以上),以保证工作电压下的容值。
5)使用原装电容(非拆机、劣质电容),以保证容值、和品质。
6)各退耦电容容值和要求请参照“标准原理图”。
图3-4-2芯片退耦电容参考设计
二、PCB设计注意事项
1)务必考虑电源完整性设计。各电源退耦电容靠近主控IC放置,且电容和主控必须共地一致,铺地完整,严格控制“地回路阻抗”。
2)务必考虑功耗、散热、带载能力等需求。各电源(大电流通路)布线线宽建议≥0.5mm,留有余量设计(一般经验50mA/0.1mm)。
3)布局时,优先电源走线路径最短化,尽量远离板边走线,以免引入干扰。
4)走线时,建议电源(退耦电容大容值处)星形走线给各分支模块(功放、灯带等)供电,各电源输入端预留串联磁珠及对地电容物料,避免共电源走线导致干扰。要求先经退耦电容,再给各分支模块电源管脚供电。
3.5.地场设计(关键项)
优秀的地场设计,可以有效降低各类噪声,提升RF、DAC、ADC等性能和抗静电能力,提高EMC/EMI认证通过率,请重点关注;方案严格区分GND(数字)和AGND(模拟)。
(不分地,存在噪声风险)
GND/VSS:一般包括“逻辑、数字、控制、电源、蓝牙”等地回路。
AGND/AVSS:一般包括“MIC、AUX、DAC”等音频模拟地,及音频相关的电源模拟地。
1)模拟音频(MIC/AUX/DAC)相关电路的AGND,独立走线回主控AGND,空间允许建议铺整片模拟地层。
2)AGND回路要求无噪声(即电流平稳,无抖动),一般短接于电池端、芯片GND端或功放bypass处,走线≥0.5mm;
3)有功放方案,一般区分功放地、主控地,且各自独立在电池端短接,电池尽量布局在功放和主控中间。
图3-5-1地回路设计参考
4)GND到电池负端阻抗尽可能最小,即走线、铺地尽可能宽,4层PCB必须设计一层完整的铺地地层。地回路路径(包括电池负端到锂保IC)不能出现窄带、细线、破碎的地面。
5)芯片各电源退耦电容地就近大面积回流到芯片GND,芯片地大面积回流到电池地,必须共地良好,严禁破碎。
6)QFN封装如AC2106C、AC2102A的RFVSS、FMVSS建议单独分地,禁止直接短接到芯片衬底GND!在芯片外边就近打过款到背面短接到GND(VSS),详见“标准原理图说明”。
3.6.晶振设计
AC210N有2组晶振接口,一组固定接24M无源晶振,另一组常用于32.768KHz的实时时钟,根据芯片封装(晶振脚)选择设计。
注1:产品必须选择精度高、稳定性好、可靠性强的晶振,这将直接决定产品的射频性能,决定系统的稳定性和可靠度,差的晶振会导致各种不可预期的问题,甚至给客户直接带来经济损失。
注2:产品出厂前,必须用我司《蓝牙测试盒》或蓝牙综测仪等工具,测试频偏(±10KHz以内),如偏差过大,可以软件调整芯片内部电容、硬件调整预留的对地电容或测试盒校准。
一、原理图设计注意事项
24Mhz晶振要求:
1、负载电容:10pF(Typ)
2、频偏偏差:±10PPM以内
3、谐振电阻:≤60Ω。
图3-6-1晶振电路(24MHz)
32.768KHz品振要求:
1、负载电容:15pF (Typ)。
2、频偏偏差:120PPM以内。
3、谐振电阻≤75Ω。
图3-6-2晶振电路(32.768KHz)
1)32.768KHz晶振,在无RTC时钟功能时,对应PIN脚可当普通IO使用。
2)24MHz晶振参考选型:负载电容10pF(Type),±10PPM以内,谐振电阻<60Ω。
3)32.768KHz晶振参考选型:负载电容15pF(Type),±20PPM以内,谐振电阻<75Ω。
4)晶振管脚邻近IO,严禁分配高速翻转信号,如SPI、UART等,以保证系统性能及稳定性。
5)硬件预留对地电容位,以便于调整频偏,频偏调整有以下几种方式:
a、软件内部调整寄存器电容值Cin/Cout(仅24MHz支持内部调,32.768KHz不支持)
b、调整硬件预留的对地电容C1/C2
c、换其他负载电容容值CL的晶振
d、测试盒校准频偏
以24MHz晶振为例,在开发阶段,优先通过a、b、c三种方式把频偏调整到尽可能与0KHz接近,调试经验公式:Cin//Cout+C1//C2+Cs1//Cs2≈CL,一般取值Cin=Cout,C1=C2,Cs1=Cs2。此时频偏最小。其中,Cs为走线带来的寄生电容。
Cin//Cout+Cs1//Cs2+C1//C2<CL,频偏正偏,可加大Cin/Cout、C1/C2或减小CL调整频偏;
Cin//Cout+Cs1//Cs2+C1//C2>CL,频偏负偏,可减小Cin/Cout、C1/C2或加大CL调整频偏。
图3-6-3晶振结构简图
32.768KHz的Cin/Cout固定为OpF,其他与24MHz调试方法一致,可通过IO映射出时钟信号,用频谱仪测试IO的时钟是否存在偏移。
二、PCB设计注意事项
图3-6-4晶振布局1
图3-6-5晶振布局2
1)晶振布局:尽量放置在主控背面(晶振布局1)或远离BTRF、FMIP等引脚位置(晶振布局
2),严格避开高频数字信号、敏感模拟信号、BTRF走线。晶振背面必须完整铺地,禁止走线。
2)晶振靠近主控放置,OSCO&OSCI布线做并行差分处理,走线尽量短,4层及以上板设计晶振布局位置相邻内层做净空处理,以减少寄生电感、电容。
3)若主控和晶振同面,晶振及外挂电容单独分地,再用过孔短接相邻层GND,避免与RF、FM
同层共地。可用同层数字地对晶振做包地隔离处理(晶振布局3)。
图3-6-6晶振布局3
3.7.音频ADC设计
AC210N ADC有2路独立的“A/B/C”通道,支持“驻极体MIC”和“硅MIC”输入,支持“AUX”输入;MIC_xN是差分负输入端,MIC_xP是差分正输入端;支持输入信号≤1Vpp(差分2Vpp),麦支持单端省电容方式,单端及差分隔直电容输入方式。
3.7.1.MIC输入设计
MIC支持单端省电容(仅PA0/PA1合绑的芯片支持,麦直连到合绑IO输入)、单端隔直、差分隔直模式,使用时根据需求选择。
一、原理图设计注意事项
驻极体麦差分隔直方案
驻极体麦单端隔直方案驻极体麦省电容方案备注:

1、MIKCAUX的地必须需接AGND.
2、MIC电路处的滤波申容位置雷预留。
3、优选差分接法,可有效抑制噪户,MKC差分对信号必须从MIC引脚处开始并行走线,远高天线和数字信号。IO紧张及对成本敬感方家,可使用省申容方案。
4.驻极体MIC差分接法,要求MI两端偏置电压阻值接近,以保证动态范围,即MIC IDO供电时,RI阻值-R2阻值。5、预留TVS(D1,D8.D9,D10.D11)提高抗静电能力,推荐型号:ST037189/ST0561D4选型要求:单向管双向置,3.3VSVrwm ≤5V;Ci≤130pF:3.3V≤Vhr≤5VMIC
图3-7-1 MIC应用场景(驻极体为例)
1)MIC管脚邻近IO,严禁分配高速数字翻转信号,如PWM、UART等,防止干扰音频性能;
2)MIC器件地为模拟地,走线时必须单独连接到主控IC模拟地AGND,以保证地回路干净。
3)MIC信号输入端附近,预留静电管,可提高抗静电能力。
4)MIC信号输入端附近,预留串联电阻、磁珠及对地电容料,可防止EMI/EMC杂散超标。
5)驻极体麦真差分接法,务必保证M+上拉到电源MIC_LDO(或BIAS内部上拉电阻)及M-下拉到GND的电阻阻值一致,以确保动态及灵敏度。
二、PCB设计注意事项
1)MIC电路必须远离干扰源,如RF天线、数字信号等;
2)MIC信号物料及布线路径尽量用地线包裹屏蔽,减少其他干扰源的影响;
3)MIC必须分地,为AGND;地回路顺序为“MIC_GND->主控AGND->功放Bypass电容地或总电源地入口处(如电池负极)短接”,走线尽可能粗;多层板、或受尺寸限制样机,可尝试AGND在主控处短接(注意验证MIC/AUX/DAC等是否有噪声)。
麦克风信号走线要求参考图:MIC-AGND必须单独先走线到串电容负极再回到MCU-AGND
图3-7-2硅MIC差分接法地回路说明
3.7.2.AUX输入设计
AUX支持模拟直通到DAC输出(模拟增益可调)及共用2路Auduo ADC走数字通路。支持单声道及立体声输出。
MIC_A0/B0、AUX0/1/2/3均可作为AUX信号的输入通道。走模拟通路直通到DAC时,MIC_x和AUX_x通路的模拟增益档位有区别;走数字通路时共用两路Auduo ADC,性能完全一样,即MIC_x可做AUX输入,AUX_x也可做MIC输入。
一、原理图设计注意事项
1)AUX管脚邻近IO,严禁分配高速数字翻转信号,如PWM、UART等,防止干扰音频性能;
2)AUX器件地为模拟地,走线时必须单独连接到主控IC模拟地AGND,以保证地回路干净。
3)AUX信号输入端附近,预留静电管,可提高抗静电能力。
4)AUX信号输入端附近,预留串联电阻、磁珠及对地电容料,可防止EMI/EMC杂散超标。
5)AUX信号输入端附近,预留电阻分压,放置输入信号过大引起饱和失真。
6)IO足够情况下,单声道方案不建议在硬件上直接短接AUXR和AUXL,而是和立体声方案一样,左右声道各通过一个IO分别进主控,再通过芯片内部的运放组成加法电路合成单声道,以带来更好的音质体验。
图3-7-3 AUX参考电路
二、PCB设计注意事项
4)AUX电路必须远离干扰源,如RF天线、数字信号等;
5)AUX信号物料及布线路径尽量用地线包裹屏蔽,减少其他干扰源的影响;
6)AUX必须分地,为AGND;地回路顺序为“AUX_GND->主控AGND->功放Bypass电容地或总电源地入口处(如电池负极)短接”,走线尽可能粗;多层板、或受尺寸限制样机,可尝试AGND在主控处短接(注意验证MIC/AUX/DAC等是否有噪声)。
3.8.音频DAC设计
DAC有3路单端通道,分别为“DACFL、DACFR、DACRL”,支持单声道、立体声、三声道单端和单声道差分及双声道VCMO(固定DACRL)。支持直推16/32Ω耳机,单端16Ω耳机驱动力30mW。DAC应用参考如下。
表3-8-1 DAC应用参考
| DAC输出 DAC声道 | 单端输出 | 差分输出 | VCMO输出(VCMO即DACRL) |
|---|---|---|---|
| 单声道(MONOL | DACFL | DACFLDACFR | DACFL-VCMO |
| 双声道(LR) | DACFL、DACFR | DACFL-VCMO、DACFR-VCMO | |
| 三声道(FRONT LR REARL) | DACFL、DACFR、DACRL |
注:-表示暂不支持
一、原理图设计注意事项
预留LC抗干扰和ESD管电路
图3-8-1 DAC输出预留串并联料
1)DAC管脚邻近IO,严禁分配高速数字翻转信号,如PWM、UART等,防止干扰音频性能;
2)DAC建议预留LC抗干扰电路,根据实际噪声情况,可适当的调整参数,L的参考范围10~560nH,C的参考范围(10~100p);
3)声卡等存在单独功放板应用,DAC接口排线附近,预留对地静电管,可提高抗静电能力。
4)模拟功放方案,保证总功率一定情况下,尽量加大DAC输出幅度,减小后级功放增益,优化信噪比。
5)IO资源紧张方案,若DAC通道未使用,可作常态输出高低电平的IO使用,如使能控制等。
二、PCB设计注意事项
1)DAC电路必须远离干扰源,如RF天线、数字信号等。
2)DAC信号物料及布线路径尽量用地线包裹屏蔽,减少其他干扰源的影响;必要时,可对DAC布局走线区域净空。
3)DAC整个音频信号布线,走线尽可能加粗,有助于减小回路阻抗,保证良好的信噪比;
4)DAC必须分地,为AGND;地回路顺序为“DAC器件地->主控AGND->功放Bypass电容地或
总电源地入口处(如电池负极)短接”,走线尽可能粗;多层板、或受尺寸限制样机,可尝试AGND在主控处短接(注意验证MIC/AUX/DAC等是否有噪声)。
3.9.PDM(PLINK)数字麦克风
PDM(脉冲密度调制)麦克风直接输出数字音频流,其核心基于Sigma-Delta(∑-△)调制技术,具有抗干扰能力强、便于数字处理等优点。
一、原理图设计注意事项
芯片集成PDM接口(含DATA0/1与CLK信号)可灵活映射至任意GPIO引脚。一路DATA可同时接两个数字麦克风。设计时,一个数字麦LR接VDD、另一个数字麦LR接GND区分。
DATA:用于接收麦克风输出的脉冲密度调制数据流。
CLK:为麦克风提供工作时钟,时钟质量直接影响信噪比。
LR(声道选择):对于单麦克风应用,此引脚通常固定接VDD或GND。PDM数字麦克风的工作电流通常在100uA级别。
供电来源:可选择由芯片的GPIO或专用的MICLDO输出供电。
电源滤波:建议在供电路径中串联一个10Ω至100Ω的电阻,并与麦克风电源引脚端的对地电容(如10μF)构成RC滤波网络,以有效抑制高频电源纹波,优化音频性能。
图3-9-1数字麦参考应用
二、PCB设计注意事项
1)远离其他敏感模拟信号,如DAC、MIC、AUX等;
2)DATA、CLK预留串联磁珠、对地电容物料,布线路径尽量用地线包裹屏蔽;
3.10.SPDIF设计
SPDIF(Sony/Philips Digital Interface)音频接口,可用于光纤、同轴、HDMI接口音频传输。
一、原理图设计注意事项
1)同轴、HDMI音频输入口为弱信号(典型幅度几百mV左右,不同设备可能存在差异,以实测为准),需接固定的IO(PA10、PA11、PA12、PA13)做内部放大。光纤供电为IOVDD(幅度
3.3V左右)时,无需放大可映射至任意IO。
2)SPDIF引脚,参考“标准原理图”预留串、并联物料,根据实际波形质量,灵活调整参数,保证信号接近方波,上升、下降沿陡峭,无明显上、下冲及振铃情况。
3)HDMI通信接口,需确认设备的IO逻辑电平是否和芯片(IOVDD)一致,否则需添加电平转换芯片或电路。
4)SPDIF输出接口电平为IOVDD。
5)接口信号附近预留对地静电管,可提高抗静电能力。
图3-10-1 SPDIF参考应用
二、PCB设计注意事项
1)远离其他敏感模拟信号,如DAC、MIC、AUX等;
2)HDMI CLK/DAT等预留串联磁珠、对地电容物料,布线路径尽量用地线包裹屏蔽;
3)光纤、同轴、HDMI的SPDIF信号避免并行走线,防止干扰其他通道,引起干扰噪声。
3.11.SD卡设计
AC210N支持一路SD/EMMC接口,支持1 bit和4 bit模式,支持高速和低速模式,可任意映射到PA/PB/PC口。
1)SD卡通常休眠电流大于100uA,软关机模式下卡的供电需要关断,避免漏电。
2)常用供电方式有两种:
1、SDPG(PP2):软件可设通断,为IOVDD通过一个开关管输出,导通内阻约等于3Ω,R4焊OR。此方案可用任何IO做软关机唤醒按键;
2、IOVDD:软关机后软件需设置IOVDD掉电。此时,PP2(SDPG)可做普通IO使用,软
关机唤醒IO只能用固定的IO:PB0/PB1/PB2/PB3/PB4/PB5/PB6,R4焊2.7R。
3)R4电阻及C49电容,需根据实际插卡、播卡兼容性灵活调整,电容默认105,可适当加大确保电源稳定性,但需保证C49容值,不超过芯片端IOVDD退耦电容容值。
图3-11-1 SD卡参考应用
3.12.NTC电路设计
AC210N系列PB10内置支持上拉5K、10K、200K±1%精度电阻,用此IO做NTC检查时,可省外挂上拉电阻。
一、原理图设计注意事项
NTC_DET优选PB10,PB10为特殊(rim IO,
内部上拉指定5K、10K或200K时,可省外部1%精度上拉电阻。NTC_DET不接PB10,则外部上拉不可省
NTC
图3-12-1 NTC电路
1)默认选用PB10作为NTC_DET,芯片内置支持上拉5K、10K、200K±1%精度电阻。
2)使用PB10作为检测IO,NTC务必选用与上拉电阻接近的热敏电阻,以保证检测精度,如5K@25°C、10K@25°C、200K@25°C型号。
3)使用其他SARADC功能IO需外挂1%及以上精度的上拉电阻。
二、PCB设计注意事项
图3-12-2 NTC电路
1)NTC布局层做净空处理。
2)走线避开其他高频干扰信号。
3.13.QDEC
QDEC是增量型(正交)旋转编码器检测模块,识别编码器的旋转方向和步进计数,AC210N集成1路QDEC,并支持重映射功能,可映射至任意GPIO实现编码器信号检测。
CW ROTATION
图3-13-1 MIC地回路说明
1)A和B检测信号接上拉电阻,可使用GPIO内部上拉,C公共引脚接地;
2)使用半码编码器和无定位点编码器时,编码器静止情况下,A或者B信号可能一直接地,引起上拉电阻漏电问题。尽量使用GPIO内部上拉电阻,可在休眠模式关闭上拉电阻;
3)信号线可预留RC滤波,消除抖动误码,也可软件方法消抖。
3.14.防静电设计
电子设备必须做防静电设计,因为在干燥低温的生产环境下容易产生静电,容易造成电子器件的损坏。
注:静电设计标准(接触放电≥±4KV;空气放电≥±8KV),设计需留有余量。
一、设计阶段防静电设计
1)产品结构,务必考虑静电防护。如增加模具厚度,加大PCBA与壳体间距,做好壳体密封等。
2)PCB地场设计必须完整,要求面积大,不存在破碎,细回路,板边连续。
3)敏感信号线严禁靠近板边走线(如晶振、触摸、音频DAC等)。
4)BT天线必须远离静电入口,且天线入口处,必须加双向TVS管。
5)供电入口(如DC5V适配器或USB5V接口等供电),必须加单向TVS管(有防浪涌除外)。
6)“缝隙、接口处电路”必须预留ESD管,如按键、喇叭、MIC、USB等。
7)单向信号使用单向TVS管,靠近芯片端各电源,可预留TVS管。
8)各排线接口处TVS管,靠近静电入口处放置。
9)在VCM退耦电容处,用105电容连接AGND和GND。
图3-14-1防静电处理电路
10)IOVDD:靠近主控IO退耦电容处,并静电管到GND。
图3-14-2防静电处理电路
二、生产阶段防静电要求
请严格做好生产周期内所有阶段的静电防护。
1)所有生产、测试设备、工作环境,必须做防静电处理。
2)SMT贴片、建议最后贴IC芯片。
3)生产、测试人员必须佩戴防静电手环、手套,穿防静电服、鞋子。
4)使用防静电材料包装、运输。
3.15.防浪涌设计
电子设备必须做防浪涌设计,因为电网、充电器的感性特性,会在供电瞬间产生浪涌电压,造成电子器件的损坏。
注:浪涌设计标准(一般抗浪涌电压≥±48V),标准必须根据产品的应用场景调整,如一些电源适配器,浪涌峰值100V,则抗浪涌电压必须大于110V。设计需留有余量。
5V充电输入(TVS+OVP保护)
单向Vs(防被涌):ST065ID4/ST057ID4/RSD8576AF
OVP保护C(防过压):LP5300F/TMT64 DI/TCB9225B(SOT23-6)
选型要求:抗浪涌值±48V(视使用场景调整)
选型说明:充电保护优选TVS+OVP方案(视使用场景调整)
图3-15-15V充电保护(单向TVS管+OVP保护)
1)充电输入端(如DC5V适配器/USB5V接口等),必须加浪涌保护电路;
2)浪涌保护电路有:OVP保护IC、单向TVS管、OVP+TVS,根据需求选择,一般OVP优于单向TVS。
3.16.EMC/EMI防护设计
需要过电磁兼容性标准、或需要进行电磁兼容性设计的方案,从以下方面优化电磁辐射和电磁干扰:
1)芯片增加PCB金属屏蔽罩、石墨烯等。
2)高速信号线加磁珠、LC、RC滤波电路,如USB、SD、LCD等信号。
3)多层板,信号线和电源线走中间层。
4)合理布局,使“带辐射的走线”尽可能短。
5)易受干扰的信号注意保护,如走内层、地隔离、地包裹等。
6)PCB板边连续地,且有完整的地平面。
第4章. 开发、生产、量产注意事项
4.1.烧写、升级、测试说明
AC210N可通过1t8烧写器、USB强制升级工具、测试盒等方式,对PCBA升级。使用时,请留意烧写升级场景及烧写电压。
预留测试点烧写、升级接线说明VBAT耐压:<=4.5VVBAT T1VPWR耐压:<=5.5VVPWR T2USBDMT3USBDP T4PBI T51、VPWR、PB1、USBDM USBDP、GND用于烧写时,线路对地电容值都需尽量小(比如控制王102以内)GND
| 芯片测试点 | |||
|---|---|---|---|
| JL1t8烧写器/JLUSB强制升级工具 (2选1) | JL测试盒带电池单线串口烧写 (2选1) | ||
| VBAT | VPWR | VPWR | PB1 |
| USBDM | USBDM | GND | GND |
| USBDP | USBDP | ||
| GND | GND |
T6Test Point
图4-1-1烧写、升级、测试说明
注意:
1)除常规JL工具对PCBA升级外,还可通过SD卡、U盘、强制升级工具、测试盒无线等方式对整机升级。
2)空闲IO建议拉出测试点,用于DEBUG或功能调整。
4.2.生产装配说明
由于整机环境直接影响产品的性能,因此必须重视整机的装配,注意装机的一致性。装配注意事项:
1)电池及其他金属器件,需要固定安装,远离喇叭/天线主体,避免耦合干扰。如靠近天线方案,则必须贴海绵胶垫高处理,且尽可能拉大与天线的距离,保证装配一致性。
2)电池、电池线、喇叭线、MIC线,禁止压到天线。
3)建议音频、喇叭、推屏等排线进行双绞或屏蔽处理,且分开装配,可防止干扰。
4)蓝牙、FM FPC天线,装配上远离高频干扰部分,如功放、DCDC、喇叭及其它高频线束等。
图4-2-1双绞线示意图
目录
2.5.8.Timer/PWM/CAP……………………………………………………………………………………………………………………………………………15