BK7231T CoB 硬件设计

本文介绍基于 BK7231T Wi-Fi芯片在硬件设计开发时需要了解的相关信息。

适用范围

BK7231T是一款高集成度的无线射频芯片，内置了 Wi-Fi 网络协议栈和丰富的库函数。包含低功耗的 32 位 CPU， 1T1R WLAN，内置 256K SRAM ，2Mbyte Flash 和丰富的外设资源。 BT7231T 更是一个 RTOS 平台，集成了所有 Wi-Fi MAC 以及 TCP/IP 协议的函数库。用户可以基于这些开发满足自己需求的嵌入式 Wi-Fi 产品。

特性

• 内置低功耗 32 位 CPU，256 KB SRAM 和 2MB flash
• 主频最高可达 120MHz
• 支持 802.11 b/g/n 的完整功能
• 集成低功耗 BLE 系统
• 802.11b 模式下最大 +17dBm 的输出功率
• 丰富外设: PWM、I2C、UART、SPI、SDIO、USB 以及 IrDA。
• 工作电压：3.0V~3.6V
• 工作温度：-40℃~105℃

更多详情，请参考 BK7231T 规格书。

最小系统电路

设计注意事项

射频功耗

工作状态	模式	速率	发射功率/接收	典型值	单位
发射	11b	11Mbps	+17dBm	220	mA
发射	11g	54Mbps	+14dBm	200	mA
接收	11g	54Mbps	-10dBm	104	mA
接收	11n	MCS7	-10dBm	124	mA

说明：由于参数给的电流值是典型值，结合以往经验选择供电稳态功率 ≥3.3V/220mA，尖峰电流限流值 ≥400mA 的电源方案。

原理图射频部分注意事项

• 测试点
  为了方便产测阶段进行固件烧录和功能测试，BK7231T On-board 方案将产测需要的引脚用测试焊盘（测试点）引出。共有 11 个常规测试点（包括用户串口和日志串口、供电电源、复位引脚和 SPI 烧录引脚）与一个 RF 测试点。
  
• RF_PAD（射频测试点）
  BK7231T On-board 方案的芯片射频链路如下所示，以下图器件标号为例，在天线匹配链路（C7、C8、C9）和芯片滤波电路（C4、L1、C6、L3、L2）中间加 RF_PAD，可用于做 RF 校准。
  断开天线匹配链路，可进行芯片端的校准；断开芯片滤波电路，可进行天线端的校准。RF_PAD 是不可缺少的。

  注意：

  • 匹配链路和滤波电路的参数要根据实际板子调试所得，图中显示的参数只是 Demo 板的参数，不适用于用户重新制版的板子。
  • 测试点和 RF_PAD 在生产过程中不能镀锡。

射频版图注意事项

• 芯片射频口出来到天线之间的射频走线尽量短，减小路径损耗，线宽要严格控制在阻抗 50Ω。器件摆放尽量紧凑但不能过小，相邻元件焊盘间距最小 0.3mm。
  

• BK7231T On-board 方案使用的板载 PCB 天线常用的有以下 2 种形式。

  • 探出板边：天线走线边缘距板边的距离必须大于 12mil（蓝色箭头指示宽度）
    
  • 嵌在板内：除走线距板边大于 12mil 外，天线两侧需要净空，净空区为 PCB 天线左右两侧各 15mm，净空区内尽量不要布板；若布板，板上不允许敷铜，不允许放置大型金属器件。
    

• 天线区域的所有层都不能走线或者敷铜。

• 芯片射频口至天线射频馈点之间走线宽度需严格控制阻抗 50Ω 匹配，线宽与板厚、板层数有关，PCB板厂商会给出指导意见。射频走线转角需要走圆弧状。

• 射频线和芯片热盘之间的下一层平面要有完整的地平面，不可切割成多块。

• 射频线底下不可走线。
  

• 芯片引脚的滤波电容，尽量靠近引脚放置，电容的地引脚直接过孔到地平面。

• 芯片及外围电路的表面和下一层平面最好都要敷铜，做地平面。

• 射频线需进行包地处理，通过对称过孔来实现抗干扰。过孔大小 8mil 内径，16mil 外径，过孔盖油。
  

• RF_PAD 放置底层，放在芯片和天线匹配位之间。为避免测试探针压接过程中破坏过孔，中心过孔不要打在焊盘中间，靠中心焊盘边缘放置。
  

• 晶振走线尽量短，且做包地处理，防止 EMI 干扰。
  

• 为满足足够的供电电流强度，芯片供电电源 3.3V 走线宽度至少 20mil，3.3V 换层打孔必须至少放两个过孔。
  

天线设计

根据产品的形态和空间大小选择对应的天线，天线的类型包括板载天线、电子天线、弹簧天线、FPC天线、陶瓷天线等。

说明：天线周围必须保证一定的净空。

天线匹配电路
天线的匹配电路如下图所示。

• E2 电容因不同的 PCB 走线、板材差异、版层数差异会造成最优值浮动，经验值在 1.8nH-4.7nH 区间，推荐使用值为 3.6nH。
• 一般情况下，E1 和 E3 电容不进行贴片就能满足需求。如果需要达到天线的最优设计，带来最好的射频辐射效果和最远的控制距离，则针对不同的天线形式需要进行针对性的调试。

板载天线推荐形式

• A 形式—最常规的天线形式。
  

• B 形式—在 A 形式的基础上增加了走线的弯曲次数，在总走线长度保持恒定的情况下，一定程度上在竖直方向压缩了天线。适用于天线不宜探出灯板过高的灯具。
  

• C 形式—在竖直方向上加长了天线走线，在水平方向上缩短了天线的尺寸。适合用于天线水平方向较窄，竖直方向尺寸不受限的场景，如灯带控制器。
  

注意：具体天线参数可向涂鸦 BD 申请天线 ABC封装文件。

其他形式天线推荐

• 板上预留焊盘或过孔：使用电子天线或弹簧天线。
  

• 板上预留 IPEX 座：使用 FPC 天线或外置天线。
  

固件烧录激活

烧录准备

• 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。
  
• SPI 烧录使用工装底板进行，如下图。
  

操作步骤

1. 将产测 Boot 固件烧录到工装板上。
   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。
   

   2).在电脑上打开 MXCHIP 工具，选择 bin 文件（bk_product_rfcal_bk7231s_1.0.5_20200530_2.bin）后，再选择 SPI 类型，最后单击 下载。
   下载开始后，软件界面右侧会显示下载状态。
   

2. 将工装板上的产测 Boot 固件烧录到芯片上。
   1). 通过将工装板上的IO0 的引线接地，将 Boot 固件从工装板烧录到模组。
   
   2). 测试架与PC的连接方式如下图。PC 通过串口板与工装板连接，并为工装板和测架供电。工装板有一排数据接口、两根指示灯线接到测架上。指示灯有红绿两种颜色，会因为指示灯线序颠倒导致每次测试指示灯的颜色不一致，这并不影响测试。
   
   测试架的指示灯有三种显示状态：

   • 状态 1：测试架上不放置模组的空置状态下，下压夹具，两个指示灯会保持一个常亮一个间隔闪烁状态，表示测架正常工作。
   • 状态 2：测试架上放置模组后，下压夹具，两个指示灯会保持常亮，表示工装底板正烧录固件至模组。
   • 状态 3：烧录完成后，两个指示灯中其中一个会常灭，另一个仍保持常亮。

3. 对模组进行应用固件的烧录和授权。
   1). 保持步骤 2 的测架连接方式，仅断开工装板的 IO0 和 GND，即可利用涂鸦上位机进行正常的烧录授权。
   2). 进入涂鸦云模组烧录授权平台，单击 文件 > 设置，修改烧录波特率为 150000，授权波特率为 9600。
   
   3). 单击输入授权码。
   4). 在弹出的 固件更新 窗口的 输入授权码 区域内输入 BK7231T 的授权码，选择工位 烧录授权。
   
   5). 设置端口号与连接测架的串口板端口号一致。
   6). 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。
   

注意：

• Boot 固件烧录后可进行 BK7231T 射频性能的产测与校准，配网固件烧录后会覆盖掉 Boot 固件的功能，如需产测与校准，需重新烧录一遍 Boot 固件。
• 固件烧录激活过程中应用的开发板和测架制作说明可向涂鸦 BD 提交需求申请。
• 如果使用 BK7231T 的功率自校准功能，P28 需要下拉 10K 电阻到GND。

BK7231T 芯片功率自校准功能简介

自校准是 BK7231T 模组的一种新的功率校准方式，特别针对没有仪器进行校准条件、或需要降低生产成本的客户。

精度对比

• 使用极致汇仪 WT-200/208 进行仪器校准的芯片发射功率的精度可以达到目标功率 ±1dB。
• 自校准一般情况下的校准精度约为 ±2~3dB，无法达到上述的精度。自校准在设备每次上电的瞬间进行，受射频链路匹配和天线的匹配影响较大，匹配越好，自校准精度越高。

软硬件设计对比

• 硬件设计：使用自校准模式的板上芯片封装（COB）的 PCB，芯片的 P28 引脚需要使用10K电阻下拉接地，无其他要求。
• 软件（固件）设计：自校准使用特定的用户应用固件，但烧录底板上的 BOOT 与仪器校准使用同一版本的固件。