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板载 BK3431Q 应用开发

更新时间:2022-02-16 05:35:34下载pdf

BK3431Q 支持 Bluetooth LE4.2 版本单模,最高可选 2Mbit/s 数据速率。BK3431Q 集成了高性能射频收发器、基带、ARM9E 核心、丰富的功能外设单元,可编程协议和配置文件。内置的闪存程序存储器使它更合适定制的应用。您可以基于这些开发嵌入式蓝牙产品。

射频原理图

射频原理图主要包括射频部分、晶振部分、芯片滤波部分。

注意

  • RF 板要留出位置放在板端匹配和天线匹配中间链路上,用于做 RF 产测。
  • 此原理图按照涂鸦一种参考模组封装给出,做成板载模组封装上的所有 Pin 脚都需要预留测试点。若除上述 Pin 脚外还用到其他 Pin,也请同步留出测试点。
  • P04、P05、P06、P07 为 SPI 下载口,上电瞬间会有 ms 级别脉冲,P03 内部上拉在内核起来前也会有 ms 级别的脉冲,以上 I/O 均不建议用来接 LED 等敏感外设,否则上电瞬间可能会短暂闪烁一下。

40 Pin 参考原理图:

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32 Pin 参考原理图:

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PCB 设计

PCB 设计时,芯片、晶体、RF Trace 需要放在最上层;底层要确保芯片底部 GND,晶体底部 GND 和 RF Trace 底部 GND 连成一片完成的 GND,以使回流路径最短,减少干扰。

注意事项:

  • 射频通路上的微带线宽度默认 12mil (4 层板),制作 PCB 的时候需要和板厂确认做 50 欧姆特征阻抗的微带线。芯片射频口出来到天线的射频走线应尽量短,器件摆放尽量紧凑,减小路径损耗。
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  • RF pad 需要放在背面芯片匹配位和天线匹配位之间。中心过孔不要打在焊盘中间,需靠边放置。
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  • 晶振走线尽量短,且做包地处理,以防止 EMI 干扰。

    • 4 PIN 晶振为 16 MHz,9pf,是板子的主晶振。

    • 2 PIN 晶振为 32.768khz 时钟晶振,此晶振要注意参考我们提供的选型。

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  • 功率电感要注意选型,会附上完整的 BOM 表。

  • 天线距离板边大于 12mil,天线伸出灯板高度大于 7mm。(兼顾天线性能和发光效果)

板载设计天线

天线的类型可以选取电子线、弹簧天线、板载天线、FPC 天线、陶瓷天线等形式。天线周围必须保证一定的净空,可以根据产品的形态和空间大小选择对应的天线。

如果采用如下 A,B,C 三款板载天线,二层板或者四层板 E2 的值应处在 1.8nH-4.7nH 之间,且 E1 和 E3 不做贴片处理。但是最终如果需要精细化测试,针对不同的底板需要针对性的调试(因为地平面大小不同会有阻抗的差异)。

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  • 板载天线 A
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  • 板载天线 B
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  • 板载天线 C
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针对类似于 A60 球泡灯,一般使用的是板载天线,需在可接受的阴影条件下,尽量让板载天线伸出灯板保证板载天线的效率,同时选择纵向距离窄的天线,如上面几款 PCB 天线中的板载天线 B。

针对灯带应用,板载天线可以选择板载天线 C。

BOM 表

针对该款模组在此 PCB 走线下,完整的调试好射频性能的 85°C 常温模组 BOM 表如下表所示:

制造商型号 制造商 物料描述 位置
BK3431QQN40A 博通 蓝牙芯片-BeKen-BK3431Q- -40℃~125℃-QFN40 5mm*5mm U1
V104K0201X5R6R3NAT 广东微容 贴片电容-0201-X5R-0.1uF-±10%-6.3V C1,C6,C8,C10,C12,C13
CC0201MRX5R5BB105 国巨(Yageo) 贴片电容-0201-X5R-1uF±10%-6.3V C4,C17
0201N0R8B500CT 华科 瓷介电容;贴片;NPO;0.8PF;±0.1PF;50V;0201 C11
LQP03TN9N1H02 村田(Murata) 贴片电感-0201-9.1nH-±2% C14
LQP03TN3N9B02D 村田(Murata) 普通电感;3.9NH;±0.1NH;0.3R;400MA;0201;贴片 C15
0201WMF0000*** 厚声(UniOhm) 贴片电阻-0201-0R-±1%-1/20W L1
MPH160809S2R2MT 顺络(Sunlord) 功率电感-2.2uH-±20%-L0603-通流>350mA L2
SX32Y016000B91T 泰晶 晶体-16MHz-9pF-10ppm(-20~85°C)-SMD3225 X1
ETST003279600E HOSONIC 晶体-32.768KHz-20ppm-12.5pF-SMD3215 X2
0201WMF0000*** 厚声(UniOhm) 贴片电阻-0201-0R-±1%-1/20W C9

105 高温模组 BOM 表如下所示:

制造商型号 制造商 物料描述 位置
BK3431QQN40A 博通 蓝牙芯片-BeKen-BK3431Q- -40℃~125℃-QFN40 5mm*5mm U1
V104K0201X5R6R3NAT 广东微容 贴片电容-0201-X5R-0.1uF-±10%-6.3V C1,C6,C8,C10,C12,C13
CC0201MRX5R5BB105 国巨(Yageo) 贴片电容-0201-X5R-1uF±10%-6.3V C4,C17
0201N0R8B500CT 华科 瓷介电容;贴片;NPO;0.8PF;±0.1PF;50V;0201 C11
LQP03TN9N1H02 村田(Murata) 贴片电感-0201-9.1nH-±2% C14
LQP03TN3N9B02D 村田(Murata) 普通电感;3.9NH;±0.1NH;0.3R;400MA;0201;贴片 C15
0201WMF0000*** 厚声(UniOhm) 贴片电阻-0201-0R-±1%-1/20W L1
MPH160809S2R2MT 顺络(Sunlord) 功率电感-2.2uH-±20%-L0603-通流>350mA L2
SX32Y016000B91T 泰晶 晶体-16MHz-9pF-10ppm(-20~85°C)-SMD3225 X1
ETST003279600E HOSONIC 晶体-32.768KHz-20ppm-12.5pF-SMD3215 X2
0201WMF0000*** 厚声(UniOhm) 贴片电阻-0201-0R-±1%-1/20W C9

测架制作

  • 所有用到的 Pin 脚全部需要引出测点。
  • 如果有灯带和红外的需求,测架文档也必须注明需将对应测点通过顶- 针引出杜邦线与灯带和红外连接。
  • 如果有大的插件,注意测架挖空避让防止干涉。
  • On-board 方案的天线摆放要求朝外放置,天线周围测架上做净空处理,测架上加射频头。

SPI 烧录

底板 SPI 烧录

底板 SPI 烧录需使用 USB-SPI 板进行,如下图,它由一个烧录器和一根 USB 转接线组成。烧录器上有两个 SPI 接口,分别是 SW SPI 和 HW SPI,我们选用 SW SPI。

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接线(SW SPI),线序为:

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操作步骤

  1. 打开烧录软件,选择要下载的固件(固件位置见下文注意事项);
  2. 单击 下载 flash 开始下载固件。
  3. 等待下载完成,观察下载状态为“程序下载成功”。
  4. 烧录成功后,取下烧录器,重新上电即可搜索到蓝牙广播。
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注意事项

  • 固件在文件夹中的位置和名称

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  • 检查下载模式为“SPI SOFT 软件”

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  • 检查芯片擦除方式为“擦除所有空间”

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底板带测架 SPI 烧录

底板 SPI 烧录需使用 USB-SPI 板进行,如下图,它由一个烧录器和一根 USB 转接线组成。烧录器上有两个 SPI 接口,分别是 SW SPI 和 HW SPI,对应两种烧录方式。
操作步骤

  1. 将 USB-SPI 板插入产测工装底板,注意插入的方向不要插反,并确认插入的是 SW SPI 还是 HW SPI,接入状态如下图。

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  2. 打开 MXCHIP 工具,重复上面模组 SPI 烧录方式即可。

产测

产测 boot 固件烧录

  1. 工装底板上有一根 IO0 的引线,将该引线接地,可以将 boot 从工装底板烧录到模块。
    下图为将工装底板 IO0 接口引线并接地的接线方式。
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  2. 测试架与 PC 的连接方式如下图。PC 通过串口板与工装底板连接并进行供电。工装底板有一排数据接口、两根指示灯线接到测架上。
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配网固件烧录授权

保持 boot 烧录时的测架连接方式,仅断开 IO0 和 GND 的连接,即可利用涂鸦上位机进行正常的烧录授权。

  1. 进入涂鸦云模组烧录授权平台,选择 文件 > 设置,并修改烧录波特率为 150000,授权波特率为 9600。
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  2. 在主界上单击 输入授权码,在 固件更新 > 输入授权码 区域内内输入 BK3431Q 的授权码,并将 选择工位 设置为 烧录授权
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  3. 端口号 选项框中选择与连接测架的串口板端口号一致的端口号。

  4. 单击 运行,等待烧录授权完毕。烧录过程界面上会显示烧录进度,授权完毕,界面颜色变为蓝绿色,显示烧录成功。
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定频测试

固件和上位机:

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  • 上位机测试接线:3V3、GND 、UART1 TX 、UART1 RX

  • 上位机使用方法:
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    1. 选择正确 com 口。Com 口要 com10 以下,否则软件可能无法识别。
    2. 单击 Open
    3. 单击 HW TEST 区域中的 Enter DUT
      此时命令窗里会显示 test mode enable
    4. DateType 选项框中选择单音模式(SINWAVE)或者正常(NORMAL)模式。
    5. 勾选 BLE
    6. PacketType 选项框中选择 NULL
    7. SW TEST 区域中手动设置该部分参数。
    8. 单击 config 开始测试.