1783
前言
最近小伙伴反饋，沒(méi)理解我們開源藍(lán)牙音箱方案的供電電路。
開源地址：https://oshwhub.com/sunsilicon/s-be5607e
藍(lán)牙系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）的電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接影響藍(lán)牙設(shè)備的性能、穩(wěn)定性、續(xù)航能力以及成本。在設(shè)計(jì)時(shí)，需從多個(gè)方面綜合考慮，確保電源系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效地為藍(lán)牙 SOC 供電。
S-BE5607E電源供電概述
電源供電管理單元PMU，特性參數(shù)如下：
S-BE5607E電源供電引腳為15腳(VBAT)， 電壓范圍: 2.4~5V, 注意是最高是5V, 不能超過(guò)5V, 有不伙伴表示在USB-5V供電系統(tǒng)中不理解為什么要加D2。一般手機(jī)充電器或標(biāo)稱5V電源適配器輸出電壓范圍為４.75~5.25Ｖ，空載或輕載時(shí)電壓都會(huì)超過(guò)5V。15腳(VBAT)電壓超過(guò)５V會(huì)燒壞芯片。D2還有穩(wěn)定S-BE5607E IC電壓的作用，外部電壓波動(dòng)時(shí)D2可以反向阻止C9電容電壓被拉低，與C8, R8組成PI型濾波電路，從而達(dá)到穩(wěn)定藍(lán)牙IC供電電壓的目的。
未看規(guī)格書或注釋大家可能認(rèn)為13腳(VUSB)為S-BE5607E的電源供電腳，在電池供電的藍(lán)牙耳機(jī)或藍(lán)牙音箱電路中13腳(VUSB)可作為內(nèi)置充電，最大充電電流350mA，不超過(guò)5.5V輸入電壓，由于充電電流較小，一般應(yīng)用于小容量電池供電的藍(lán)牙耳機(jī)或藍(lán)牙音箱中, R8改為０歐，或用保險(xiǎn)絲，去掉D2。大容量電池供電的藍(lán)牙耳機(jī)或藍(lán)牙音箱，請(qǐng)使用外置供電。
13腳(VUSB)，還可做GPIO輸出輸入，但沒(méi)有上下拉功能。甚至可以用做UART的TX引腳，或HSRTX（高速串口）的RX和TX引腳。
13腳(VUSB)，做GPIO或UART使用時(shí)，省去C13。
14腳(VDDIO)為內(nèi)部LDO輸出引腳，給外設(shè)供電用，如LED，SD卡、TF卡MIC，紅外接收頭等外設(shè)。
（關(guān)于MIC電路設(shè)計(jì)請(qǐng)參閱：【藍(lán)牙開發(fā)筆記】藍(lán)牙音箱 藍(lán)牙耳機(jī)麥克風(fēng)MIC電路設(shè)計(jì)淺析)
14腳(VDDIO)電壓范圍：2.8~3.8V, 可編程設(shè)置電壓值，我們的標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)置電壓為3.1V。經(jīng)常有小伙伴問(wèn)，不用LED，SD卡、TF卡MIC，紅外接收頭等外設(shè)時(shí)，可以省去C12嗎？答：不能，因?yàn)镮C內(nèi)部的外設(shè)，如果DAC、ADC、內(nèi)部Flash, RF射頻電路等都用內(nèi)部LDO供電，需要電源退耦。不然有奇怪的事情發(fā)生，比如有雜聲，燒錄不了等。很
多奇怪的電路現(xiàn)象，大部分情況由于IC電源供電電路未設(shè)計(jì)好導(dǎo)致。
關(guān)于電源退耦
電源退耦（也稱去耦）在藍(lán)牙 SOC 電源設(shè)計(jì)中對(duì)保障藍(lán)牙 SOC 穩(wěn)定運(yùn)行、提升整體性能意義重大。它能去除電源中的干擾信號(hào)，減少電源噪聲對(duì)藍(lán)牙 SOC 的影響。下面詳細(xì)介紹其作用及實(shí)現(xiàn)方法：
電源去耦的作用
- 抑制電源噪聲傳播：
藍(lán)牙 SOC 工作時(shí)，電源線上會(huì)產(chǎn)生各種噪聲，這些噪聲可能源于外部電源波動(dòng)、芯片內(nèi)部電路切換等。電源去耦能有效阻止這些噪聲在電源網(wǎng)絡(luò)中傳播，避免其對(duì)藍(lán)牙 SOC 的正常工作產(chǎn)生干擾。在藍(lán)牙設(shè)備中，射頻電路工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，若不進(jìn)行去耦，這些噪聲會(huì)通過(guò)電源線傳播到數(shù)字電路部分，影響數(shù)字信號(hào)的處理，導(dǎo)致藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或不穩(wěn)定。
- 穩(wěn)定電源電壓：
藍(lán)牙 SOC 在不同工作模式下電流需求變化較大，這會(huì)使電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)。電源去耦通過(guò)提供一個(gè)穩(wěn)定的電源電壓，確保藍(lán)牙 SOC 在各種工作條件下都能正常運(yùn)行。在藍(lán)牙 SOC 從待機(jī)模式切換到數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，電流瞬間增大，去耦電容能夠及時(shí)補(bǔ)充電荷，維持電源電壓穩(wěn)定，防止因電壓波動(dòng)導(dǎo)致芯片工作異常。
- 提高系統(tǒng)抗干擾能力：
通過(guò)去除電源中的噪聲，電源去耦增強(qiáng)了藍(lán)牙 SOC 系統(tǒng)的抗干擾能力，減少了外界干擾對(duì)藍(lán)牙通信的影響，提升了藍(lán)牙設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，去耦良好的藍(lán)牙 SOC 能夠更好地抵抗外界電磁干擾，保持穩(wěn)定的通信狀態(tài)。
電源去耦的實(shí)現(xiàn)方法
- 電容退耦：
這是最常用的電源去耦方法。在藍(lán)牙 SOC 的電源引腳附近，通常會(huì)放置多個(gè)不同容值的電容。陶瓷電容因其低等效串聯(lián)電阻（ESR）和高頻特性好，常用于濾除高頻噪聲，一般取值在 0.1μF - 10μF 之間；電解電容的容量較大，可用于濾除低頻噪聲和提供瞬間大電流，常見容值在 1μF - 100μF。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，會(huì)在藍(lán)牙 SOC 的電源引腳旁并聯(lián)一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電容和一個(gè) 10μF 的電解電容，分別對(duì)高頻和低頻噪聲進(jìn)行有效濾除。
- 電感退耦：
電感具有抑制高頻電流的特性，在電源路徑中串聯(lián)電感，可以阻止高頻噪聲通過(guò)。在藍(lán)牙 SOC 的電源輸入線上串聯(lián)一個(gè)小電感，能有效阻擋來(lái)自外部電源的高頻干擾信號(hào)進(jìn)入芯片。電感與電容組成的 LC 濾波電路，能進(jìn)一步提高去耦效果，在一些對(duì)電源噪聲要求較高的藍(lán)牙 SOC 設(shè)計(jì)中，常采用 LC 濾波電路進(jìn)行電源去耦。
- 多層 PCB 設(shè)計(jì)：
合理的多層印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)也能實(shí)現(xiàn)電源去耦。在多層 PCB 中，專門設(shè)置電源層和地層，并使它們緊密相鄰，利用層間電容實(shí)現(xiàn)去耦。增加電源層和地層的銅箔厚度，減小電源和地之間的電阻和電感，降低電源噪聲。同時(shí)，在 PCB 布線時(shí)，要確保電源路徑短而寬，減少線路阻抗，提高去耦效果。將藍(lán)牙 SOC 的電源引腳盡量靠近電源層和地層，縮短電源路徑，減少噪聲產(chǎn)生。
- 電源平面分割：
對(duì)于同時(shí)存在多種電源電壓的藍(lán)牙 SOC 系統(tǒng)，采用電源平面分割技術(shù)可以避免不同電源之間的相互干擾。將不同電壓的電源平面分開，并在分割處使用電容進(jìn)行去耦，防止不同電源之間的噪聲耦合。在一個(gè)同時(shí)有 1.8V 和 3.3V 電源的藍(lán)牙 SOC 設(shè)計(jì)中，通過(guò)將 1.8V 和 3.3V 電源平面分割，并在分割處放置多個(gè)去耦電容，有效減少了兩種電源之間的干擾。
S-BE5607E電源供電使用的是電容退耦，選擇高品質(zhì)的1uF MLCC 電容。
Layout注意事項(xiàng)
１．退耦電容，盡量靠近主控，回路盡量短，回路面積盡量?。?/p>
２．充電回路注意加粗布線，保證大電流通過(guò)不發(fā)熱。
