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涂鸦 IoT 开发平台品类方案照明光源照明产品射频设计注意事项

照明产品射频设计注意事项

更新时间:2022-03-18 09:47:43下载pdf

概述

Tuya 无线模组应用在照明上,需要合理排布模组的位置,合理确保天线周
围净空区以保证无线性能的充分发挥。通常模组与灯驱动底板有两种连接方式:
①通过 SMT 焊接方式连到 PCB 底板上。 ②通过插件的方式焊接在 PCB 底板上。
同时模组的天线形态通常也有两种:①模组自带 PCB 印制天线。 ②模组采用外
置的软天线,或者弹簧天线。下述文档分情况给出合理的布局及天线排布指南。

印制天线的插件模组布局要点

插件类安装的模组通过上面的排针或者插件式焊盘与控制底板相连接,由于灯泡的底座及周围的外壳都是金属材质,包括灯珠所在的铝基板,无线信号无法穿透这些金属材料,需确保印制天线能穿出铝基板并保持一定的高度,高度在不影响光源投射质量的前提下越靠近灯泡前端区域则越有利于信号的穿透和发射。图 1 中,绿色框内是印制天线的示意,实际布局中天线附近尽量保持净空,尤其是金属排针等也适当远离,保持 6mm 以上的距离。

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图 1 印制天线穿出铝基板 图 2 金属排针与印制天线距离过近示意 图 3 印制天线辐射方向示意

上图 3 示意绿色箭头代表印制天线辐射最强的方向;橙色箭头代表印制天线辐
射相对最弱的方向,客户在实际模组布局时,上图可以作为评估参考用。
同时模组的晶体,RF Soc 等核心器件应该尽量远离驱动底板/光源区域的发热
器件,避免因为局部温升过高进而导致核心器件的表面温度超过了 105°C。

贴片式模组的布局考虑

模组如果由于设计受限必须放在底板上时,可以参考如下图 4-图 6 的三种
摆放方式,保证天线下方的区域没有基板介质,周围没有铺铜的影响。近距离的
铜皮会影响天线的谐振点,同时过近的基板介质会降低天线辐射效率。
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上述几种方案的核心要点是:确保印制天线正下方或者正上方没有基板介质;
确保印制天线的周围远离金属铜皮,这样可以在最大程度上保证天线的辐射效果。

模组配合外置天线场景

对于外置天线的场景,天线在不影响光源投射的前提下尽可能远离底座和铝基
板,例如采用单极子软天线或者单极子弹簧天线深入到灯丝灯的内部立式柱部分。
见下图 7,弹簧天线和软天线示例:
照明产品射频设计注意事项图 7 弹簧天线&软天线照明产品射频设计注意事项图 8 模组外置天线辐射效果示意

上图 8 示意了带外置天线的模组,模组天线一般垂直于铝基板穿到基板上方的
区域:橙色的箭头是辐射相对弱的方向,绿色箭头示意是辐射相对强的方向。注
意在铜柱天线的周围不要有金属件,金属会极大程度阻碍无线信号的传输。确保
铜柱天线尽量在中心远离灯罩,灯罩上的金属圈垂直高度不要超过天线。
下图 9 示意出了不恰当的布局,模组的天线被完全挡在了铝基板的下方导致无
线信号辐射不出来,最终在很大程度上影响到整机的连接质量。
照明产品射频设计注意事项图 9 不恰当布局示意

如果模组的 pin 直接焊接天线存在结构上的困难,可以在转接底板先添加一个
裸露的焊盘,焊盘尺寸建议不超过 2*3mm,在焊盘上再焊接软天线以确保天线
可以深入到灯体的前端。具体如下图 10 示意。选择软天线的目的是,可以通过
相对随意的弯曲来适配灯体的结构,但是需要保证软天线周围尽量没有金属件,
软天线深入到灯体前端的长度足够。
照明产品射频设计注意事项图 10 在底板上增加 RF 焊盘

无屏蔽盖模组应用设计指导

无线模组在应用时,如果旁边有较强干扰的器件,模组内部相对比较敏感器件如芯片、晶振容易受到干扰从而影响射频性能,特别是无屏蔽盖模CBLC5,CBLC9,ZTLC5,BTLC5,BPLCB等,因其没有屏蔽盖,更加容易受到干扰导致不能正常工作。所以无线模组在应用时需要注意规避下有较强干扰的器件。
以LED照明应用举例,LED驱动电源通常有线性方案和开关电源方案,如果采用开关电源方案的话,开关电源中的开关器件如(MOS管,变压器/功率电感,续流二极管等)在工作状态下都会存在较强辐射干扰,特别是变压器/电感,通常体积较大辐射较为严重,如果靠近上述模组敏感器件会严重影响射频性能,可能会产生配网异常,控制距离缩短等问题。
LED驱动电源的开关电源方案一般有以下两种:ACDC电源,DCDC电源。
如下是一个典型的开关电源ACDC的模组供电电路:

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其中ACDC芯片内置功率MOS及续流二极管,外围开关功率器件为功率电感L4。
针对该方案设计时需要注意:
1、如果是空间相对较大的产品,像光源方案(A泡,B,BR,MR,PAR,GU10,C37等),电感L4应尽量远离模组靠近芯片一侧,不可放置在模组芯片正前方区域。如下图所示:

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2、如果产品空间有限,如E26,E27,E14等小灯头内置电源方案,一般考虑LC5,LCB等小体积模组,模组位置应尽量靠近板边且芯片朝向外侧,功率电感在模组背面尽量远离模组。如下图所示:

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DCDC电源布局注意事项与ACDC类似,功率电感可以选择胶屏蔽或者磁屏蔽电感以减少对模组射频干扰。

综上所述,在具体电路应用中我们应尽量将模组芯片和晶体远离ACDC电感、DCDC电感、LED驱动芯片等具有较强干扰的器件,且开关器件位置放置尽量不要正对芯片和晶体(特别是没有屏蔽盖的模组)。可以将这些强干扰器件放置在模组背面减少对模组芯片和晶体正面的耦合干扰。如有必要,在量产前整机工作状态下验证RF性能,比如拉锯、配网等性能测试。

如下是CBLC9应用举例:

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CBLC9模组正面图

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如图标记1为DCDC电感,高度较低,且未正对模组,设计合理。
如图标记2为ACDC电感,远离模组、未正对模组、且有电容空间阻隔,设计合理。

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如图ACDC电感磁场泄露口径正对模组敏感电源VCCPLL,且几乎是挨着,设计不合理。