藍牙模塊簡介和天線設計

摘 要：現在越來越多具有藍牙功能的電子產品問世，本文針對藍牙模塊的設計進行了探討，對電子產品研發有著一定的參考價值。

關鍵詞：藍牙模塊

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

藍牙“Bluetooth”一詞源于十世記丹麥的國王哈拉爾藍牙王，現在是指一種短距離無線通訊標準，首先是由愛立信公司進行研發，后來和諾基亞，蘋果，三星組成SIG組織。現在主要用于手機，平板電腦，無線耳機，音響等設備。

一、藍牙技術基本介紹

藍牙的工作頻率是2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）頻段。為了減少相互干擾，藍牙采用了跳頻技術（FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum）。在頻段選取了79個Channels（f=2402+kMHz，K=0，…，78），每個Channel Space是1MHz。跳頻的頻率是1600次/秒，并且這種轉換是隨即性的。藍牙通訊的雙方設備同時進行如此高速率的轉換，大大降低了收到外界影響的可能性。

藍牙的射頻功率分為3個等級，電子產品主要是Class2的功率，即射頻功率在-6dBm到4dBm之間，最大的工作的范圍在10米。

為了取得SIG認證，必須對藍牙的Conduction 和Radiation 兩種狀態下的射頻功率進行測試。Conduction主要取決于IC內部Firmware的參數調整和藍牙模塊的PCB設計，一般輸出設定為0dBm左右。Radiation主要取決于藍牙天線的設計以及產品結構的影響，一般輸出設定為2dBm左右。

二、藍牙模塊和天線的設計

藍牙模塊的設計要遵循以下原則：

1.盡可能遠離其它干擾源或易受干擾對象。以手機為例，藍牙模塊盡量遠離電源模塊和2G/3G模塊，相應的也要遠離Audio模塊。

2.藍牙天線盡量靠近產品的邊緣，有利于射頻信號的發送和接收。

3.盡量減少金屬材質的影響。以手機為例，無論是PCB上的Shield Can或者內部的鎂鋁合金框或者手機外殼（電鍍/PVD等工藝）對藍牙射頻功率都有影響。

現在的藍牙IC集成度很高，我們需要將更多精力放在后端天線的設計。

如圖1所示，藍牙天線主要由Filter，LPF，Antenna組成。Antenna部分又分很多種，有Wire，FPCB，Metal，Chip等，我們主要討論以C chip做為Antenna，這也是筆者認為成本最低一種方案。

三、PCB設計

以圖2為例，在PCB設計上有幾點值得注意的地方：

1.Filter和藍牙IC的位置越近越好，而且Filter和藍牙IC的RF Port是對稱的。

2.Filter，以及Filter到Antenna的走線都是需要用GND包裹的，而且在GND上盡可能的多打一些Thru Hole或者Via Hole（最少2排）。

3.三段走線（藍牙IC到Filter，Filter到Antenna，Antenna）的寬度是不一樣的，一般來說第一段在0.15～0.2，第二段在0.2～0.3，第三段在0.45-0.5（單位mm）。第二段走線對應的區域Layer2是不能有走線或者GND的，Layer3則是需要有GND的。Antenna區域每層都是不能有走線或者GND的。

4.Antenna的區域盡可能的大，而且走線要靠近PCB的邊緣。

5.LPF和Antenna（C-chip）根據VSWR和TIS/TRP等測試來調整。

總之，藍牙模塊的設計和其它設計一樣，需要研發人員在掌握基本原理上，通過反復的測試和調整來積累經驗。最后才可能在最短的時間內設計出性能良好，低成本的產品。

參考文獻：

[1]CSR Bluetooth Overview.

[作者簡介]呂振鋒（1981-），男，本科，工程師，現就職于廣東省惠州市三星電子有限公司。