AC704N硬件设计指南V1.0

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AC704N硬件设计指南V1.0

特别注意事项：

1、 主控输入电压（VBAT供电输入<=4.5V， VPWR充电输入<=5.5V）
2、 主控电源电容选型（注意容值随电压升高而下降，优选0402或更大尺寸封装电容）
3、 天线输入端必须预留ESD管，请使用推荐型号
4、 充电输入端必须预留TVS管，请使用推荐型号
5、 产品必须带锂电保护(如电池无锂保，则PCB板必须有锂保)
6、 产品必须预留烧写 IO测试点 （VBAT、 VPWR、 PA2、 GND）
<备注：DCDC方案存在DCDC辐射、及电源扯动等固有特性，必须严格注意规避>

版本信息

目录
第 1章.硬件设计注意事项...........................................................................................................................3
1.1.产品结构、板层设计............................................................................................................................ 3
1.2.天线设计................................................................................................................................................ 3
1.3.地场设计（关键项） ............................................................................................................................ 4
1.4.晶振设计................................................................................................................................................ 5
1.5.电源设计................................................................................................................................................ 5
1.6.音频ADC设计（MIC输入） ............................................................................................................. 6
1.7.音频DAC设计（DAC输出） ............................................................................................................ 7
1.8.内置触摸设计........................................................................................................................................ 7
1.9.防静电设计............................................................................................................................................ 8
1.10.防浪涌设计.......................................................................................................................................... 9
1.11. EMC/EMI 防护设计.......................................................................................................................... 10
第2章.开发、生产、量产注意事项.........................................................................................................10
2.1.烧写、升级、测试说明...................................................................................................................... 10
2.2. TWS生产装配说明............................................................................................................................. 11
2.3. TWS生产配对说明............................................................................................................................. 11

第 1章. 硬件设计注意事项

以蓝牙耳机产品为例，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

1.1.产品结构、板层设计

1）产品结构要求

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。

2）PCB板层设计要求

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、快速的推进项目实现和落地， 以最低的时间成本获取收益。

1.2.天线设计

天线必须有足够的立体空间。
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。
因此，天线选型，需结合产品的外观、尺寸、 结构、使用场景决定：
1）小尺寸的产品，优选顺序为： “FPC->陶瓷->板载”(原理上：单极->双极->Loop)。
2）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。
特别地，PCB设计，请遵循以下流程设计：
天线布局->匹配网络、传输线50欧姆设计

1）天线布局

图 1-2-1 天线镂空（绿色框内）

1)根据空间结构，必需合理选择天线类型和布局位置，远离电池、 喇叭、触摸铜箔、人体等。
2) “天线”和“地”需要统一设计，要求地平面完整，空间足够。
3)天线必需靠近板边放置，净空区尽可能大，至少≧3mm。
4)天线背面禁止任何走线、及敷铜，必需镂空。
5)天线必需远离 “DCDC 电路、翻转IO”等，减少对RF 的干扰。
6)天线必需远离DAC、 MIC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

蓝牙天线匹配网络有：T 型、 Π型、 L 型；
前期设计上，小尺寸天线选 T 型，大尺寸天线选Π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 1-2-2 天线匹配网络及传输线（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。

1.3.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，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：一般包括“逻辑、数字、控制、 电源、蓝牙”等地回路。
AGND：一般包括 “MIC、 DAC”等音频模拟地，及音频相关的电源模拟地。
1）模拟音频（MIC/DAC)相关电路的AGND，独立走线回主控AGND。
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、 或功放bypass处，走线≧0 .5mm；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。
3）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。
4）主控和其各电源退耦电容必须共地良好，严禁破碎。

图 1-3 完整的中间地层

1.4.晶振设计

图 1-4-1 双脚起振电路

图 1-4-2 单脚起振电路

1）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。
2）晶振尽量靠近主控引脚，严格避开高频数字信号、敏感模拟信号。
3）晶振布线不宜过粗、过长， 以减少寄生电感、 电容。
4）晶振下方必须完整铺地，禁止走线（如电源/敏感信号等）。
备注：产品出厂前，必须用 “蓝牙测试盒”等工具，测试频偏(± 10KHz 以内），如偏差过大，可以测试盒校准，或修改负载电容。

1.5.电源设计

1）严格参考标准原理图，选型设计。
2）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，严格控制“地回路阻抗”。
3）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）。
4）电源走线优先路径最短化，尽量远离板边走线，以免引入干扰。走线时，要求电源（退耦电容大容值处）星形走线给各分支模块供电，先经退耦电容，再供电给各分支模块电源管脚。
以DCDC方案为例，AC7043A设计要求如下：

1）请严格参考标准原理图，选型设计。

功率电感选型：4.7uH， DCR≦1 Ω, SFR≧20MHz， Isat/Irms≧200mA。
电源电容选型：优选大封装尺寸（如0402及以上）， 以保证工作电压下的容值。
2）DCDC 电路远离 MIC、 DAC、 触摸、RF 等模拟和易受干扰模块；特别是 “SW 走线和功率电感”处，禁止布线（多层板可以用地隔离）。
3）SW 走线尽量短、粗、 不过孔，LC 网络尽量靠近主控放置，注意功率电感的辐射干扰。
4）DCVDD 必须从 LC 滤波电容处引出，即走线经过 475 电容后，才能给其他模块供电，线宽≧0 .5mm。
5）PGND 管脚，需接入GND，且和 LC 滤波电路共地良好。
注：AC7043A芯片，PIN4管脚（PGND）不能和芯片衬底地表层直接相连（否则蓝牙性能会受影响），建议PIN4管脚走线打过孔到下层GND。

图 1-5 DCDC设计

1.6.音频ADC设计（MIC输入）

AC704N 内置 1路16位ADC，支持模拟MIC输入，可选单端省电容（仅支持驻极体MIC）、单端隔直（支持驻极体MIC/硅MIC）、差分隔直（支持驻极体MIC/硅MIC）模式，根据需求选择。
设计要求如下：
1）MIC 电路必须远离干扰源，如RF天线、数字信号等。
1）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。
2）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/DAC等是否有噪声）

图 1-6 MIC地回路说明

1.7.音频DAC设计（DAC输出）

AC704N 内置 1路16位Audio DAC，仅支持差分输出（DACP/DACN），可直推 16ohm/32ohm 耳机负载，支持标准功率模式和大功率模式（~30mW），根据需求配置。
设计要求如下：
1）DAC 电路必须远离干扰源，如RF天线、 高速数字翻转信号等。
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/DAC等是否有噪声）
5）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~ 100pF。

图 1-7-1 DAC直推耳机 （AC7043A）

图 1-7-2 DAC复用LED（AC7048D）

<备注：DAC复用LED（如AC7048D方案），DAC对地电容 100pF不可省，可酌情根据噪声情况调整>

1.8.内置触摸设计

1）严格控制触摸片选材及装配

优选铜片和fpc等物理特性比较稳定的材料，装配时应尽可能保证面积和厚度一致性，避免触摸片贴在模具发生翘起，贴歪等现象，顶针应保证有足够的行程，与触摸片的中心位置接触。

2）触摸布局走线，尽可能减少寄生电容，布局允许情况下，触摸焊点离芯片引脚越近越好。

3）触摸布线按最小线宽走线，且尽可能短，并尽量远离其它信号线。
4）触摸可适当增大铺地安全间距（前提需确保地场完整）。
5）触摸焊盘建议镂空设计（有干扰源的必须用地隔离）。
6）内置触摸信号是敏感的模拟信号，布局走线应远离高速数字信号，如DCDC 电感、LED、晶振、 电源等，避免与之相邻或并行走线，防止被干扰。

以下为错误案例：

图 1-8-1触摸走线在晶振下面，且靠近晶振过孔，导致触摸受晶振干扰，误识别。

解决办法：避开晶振、或者用地隔离换到第3层

图 1-8-2 触摸走线在DCDC 电感下面，导致触摸受干扰，误识别。

解决办法：避开功率电感、或者用地隔离换到第3层

1.9.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ESD管。
8）ESD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 1-9 防静电处理电路

BT天线 TVS管选型列表

表 1-9 优选的双向ESD管列表

备注：其它标准的TVS管可咨询上述供应商。

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。

1.10.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。

设计要求如下：

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。
单向浪涌TVS管选型列表

表 1-10 48V标准优选的单向TVS管列表

备注：其它标准的TVS管可咨询上述供应商。

1.11. 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）增加PCB屏蔽罩。
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）PCB板边连续地，且有完整的地平面。
6）易受干扰的信号注意保护，如走内层、地隔离、地包裹等。

第2章. 开发、生产、量产注意事项

2.1.烧写、升级、测试说明

AC704N 只支持串口有线升级（不支持无线升级），使用时，请留意烧写升级场景及烧写电压。

图2-1 烧写、升级、测试说明

注意：

1）必须预留烧写IO测试点（VBAT、VPWR、 PA2、 GND）。
2）串口烧写，VPWR、 PA2线路对地电容值需尽量小（比如控制在 1nF 以内）。
3）1t8烧写器，支持单线或双线串口烧写，根据实际接线情况选择。
USB强制升级工具， 目前只支持单线串口烧写，暂未支持双线串口烧写。

2.2.TWS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，则建议贴海绵胶垫高处理，且尽可能拉大与天线的距离，保证装配一致性。如靠近喇叭方案，则建议电池焊点面背对喇叭放置，且电池和电池线，尽量远离喇叭及喇叭线。
2）电池、 电池线、 喇叭线、MIC线，禁止压到天线。
3）建议电池线和喇叭线进行双绞线处理，且分开装配，可防止电池线和喇叭线的耦合干扰。

图 2-2 双绞线示意图

2.3.TWS生产配对说明

TWS方案应用，默认声道相同的耳机不能配对。未使用软件或硬件分配声道，或未使用测试盒固定声道，TWS配对成功后，会随机分配声道，从而导致生产配对异常风险。
因此，建议使用测试盒搭配模具，进行烧写配对，以固化声道信息，来保证生产配对良率/效率。