基于藍(lán)牙SOC的晶振電路設(shè)計淺析

概述

經(jīng)常有小伙伴詢問，為什么我的電路設(shè)計沒問題，為什么藍(lán)牙連接不呢？

很多時候，問題出在晶振電路上。

藍(lán)牙晶振電路是藍(lán)牙設(shè)備中至關(guān)重要的組成部分，它為藍(lán)牙芯片提供穩(wěn)定且精確的時鐘信號，確保藍(lán)牙通信能夠正常、可靠地進(jìn)行。下面從基本原理、電路組成、晶振類型、影響因素幾個方面進(jìn)行介紹。

基本原理

晶振（晶體振蕩器）是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來工作的。當(dāng)在石英晶體的兩個電極上加一個電場，晶片就會產(chǎn)生機械變形；反之，若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上會產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)給晶振施加交變電壓時，它會產(chǎn)生一個特定頻率的機械振動，而這個機械振動又會反過來產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號。由于石英晶體的物理特性非常穩(wěn)定，所以能夠輸出頻率高度穩(wěn)定的時鐘信號。

電路組成

• 晶體諧振器

晶振電路的核心部件，它決定了電路的振蕩頻率。通常有不同的頻率規(guī)格可供選擇，常見的藍(lán)牙晶振頻率有 16MHz、26MHz 等，不同的藍(lán)牙芯片可能需要不同頻率的晶振來滿足其工作要求。我們的S-BE5607方案用的是26MHz晶振。建議選擇SMD3225封裝，最好直接使用我們配套的晶振。

• 負(fù)載電容

連接在晶振的兩端，與晶振共同構(gòu)成諧振回路，起到穩(wěn)定振蕩頻率和幫助晶振起振的作用。負(fù)載電容的值需要根據(jù)晶振的規(guī)格進(jìn)行合理選擇，一般在幾皮法到幾十皮法之間。

• 匹配電阻

有些藍(lán)牙晶振電路中會使用匹配電阻，其作用是調(diào)節(jié)電路的阻抗匹配，優(yōu)化振蕩信號的質(zhì)量，減少信號反射和干擾。大部分電阻會省略此部分電路。

晶振類型

• 普通晶體振蕩器（XO）

結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，但頻率精度和穩(wěn)定性一般，適用于對時鐘精度要求不是特別高的藍(lán)牙應(yīng)用場景。

• 溫度補償晶體振蕩器（TCXO）

內(nèi)置了溫度補償電路，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動調(diào)整晶振的輸出頻率，從而提高頻率的穩(wěn)定性。在溫度變化較大的環(huán)境中，TCXO 能保證藍(lán)牙設(shè)備的時鐘信號更加精確，適用于對通信質(zhì)量要求較高的場合。

• 壓控晶體振蕩器（VCXO）

其輸出頻率可以通過外加電壓進(jìn)行控制。在藍(lán)牙通信中，VCXO 可用于頻率調(diào)制和微調(diào)，以適應(yīng)不同的通信協(xié)議和工作模式。

影響因素

• 溫度

溫度變化會影響石英晶體的物理特性，從而導(dǎo)致晶振輸出頻率發(fā)生漂移。因此，在設(shè)計藍(lán)牙晶振電路時，需要考慮溫度補償措施，以確保在不同的環(huán)境溫度下都能保持穩(wěn)定的頻率輸出。

• 電磁干擾

藍(lán)牙設(shè)備工作時會受到周圍電磁環(huán)境的干擾，這些干擾可能會影響晶振電路的正常工作，導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定或產(chǎn)生噪聲。為了減少電磁干擾的影響，通常會采用屏蔽、濾波等措施來保護(hù)晶振電路。

• 負(fù)載變化

如果晶振電路的負(fù)載發(fā)生變化，例如負(fù)載電容的數(shù)值改變，會影響諧振回路的特性，進(jìn)而導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生偏移。因此，在電路設(shè)計和實際應(yīng)用中，需要確保負(fù)載的穩(wěn)定性。

晶振電路PCB Layout指導(dǎo)

晶振電路走線盡量短，回路組成圍成面積盡量小，盡量不要有過孔，與RF 微帶線之間用地線隔離。預(yù)留的外部負(fù)載電容靠近晶振放置,晶振底層盡量不要走其它信號線，晶振周圍包地處理。品振為敏感元件，不得靠近磁感應(yīng)元件，遠(yuǎn)離 BSW腳的電感。

晶振負(fù)載電容（晶振旁邊兩電容）預(yù)留位置，因為晶振內(nèi)部基本有負(fù)載電容，我們的S-BE5607E方案(了解方案詳情：光明谷S-BE5607E藍(lán)牙5.4 低成本插卡U盤藍(lán)牙音箱方案）, 不需要焊接負(fù)載電容，當(dāng)軟件校頻不能滿足要求時，可焊接負(fù)載電容

正確示例

錯誤示例

實際應(yīng)用中，即使物料不變，由于布局、PCB板材等差異會產(chǎn)生頻偏，如果實際應(yīng)用時，用我們標(biāo)準(zhǔn)方案，不能連接藍(lán)牙，可寄給我們調(diào)校頻偏，重新升級固件，即可連接藍(lán)牙。

總結(jié)

藍(lán)牙對頻偏要求比較高，所以晶振的品質(zhì)對藍(lán)牙的性能至關(guān)重要，選型過程中 必須保證晶振的一致性和穩(wěn)定性。晶振的頻率偏差必須≤±10ppm，負(fù)載CL 推薦9pF。推薦使用我們的配套的晶振，因為我們的方案依我們的配套的晶振，已經(jīng)調(diào)校好了。

經(jīng)調(diào)試好的PCB，所有的布線和元件，都不要變動了，不然后影響頻偏，可能導(dǎo)致藍(lán)牙連接不上。

晶振及其他元件（包括IC、電容、電阻、電感、PCB）出廠時，不能保證參數(shù)完全一致。所以，我們產(chǎn)量，還需用我們專門藍(lán)牙測試校正頻偏，藍(lán)牙IC會記錄頻偏值，并通過軟件校正頻偏，達(dá)到最佳射頻效果。

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