发布文章印刷电路板和蓝牙技术如果不采取某些预防措施，可能会出现干扰、数据丢失和信号完整性差的问题。我们将概述在为给定应用选择蓝牙技术时要考虑的许多规则和指南，更具体地说，是将其设计到电路板中。
多种应用程序使用蓝牙，包括：
商场中使用的信标
用于工业传感应用的 Eddystone 框架
耳机和音频/立体声产品
远程外围设备，例如视频游戏控制器或计算机鼠标/键盘
家庭自动化系统
无线消费电子应用，包括相机、打印机和电话
每个应用都包含相同的通用蓝牙技术，但使用方式不同，并且根据连接类型，设计工程师需要结合基本原则来优化信号完整性和整体设备效率。
与 Wi-Fi 相比，蓝牙不是一个非常快的无线选择，但它正在变得更快。它也不能很好地穿过墙壁和其他附近的障碍物，并且射程很差。
它仍然是一个不错的选择，尽管它正在开发中（5.0 是最新的更新，比 4.2 有了不错的改进）。在大多数情况下，它是一个相当低功耗、可靠、安全、广泛支持的选项，可以轻松地在各种小型外围设备上实现。
蓝牙已经存在 20 多年并且仍在不断发展，尽管多年来它在速度、功率、范围、安全性和其他属性方面有所改进，但自 90 年代中期提出以来，它似乎仍然存在一些相同的问题，包括其对信号干扰的敏感性。
那么，从 PCB 设计的角度来看，如何优化信号完整性、最大限度地减少干扰和丢失数据包呢？
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1. 如果您将蓝牙集成到产品中并且资源有限，请考虑使用预先认证的、完全包含的模块来帮助加快开发和上市时间。它最终可能会增加一些成本，但通常可以防止因天线放置/设计和 EMI 敏感性而引起的一些麻烦。
目前市场上有几种价格合理的经过认证的模块，大多数都集成了小型 ARM 处理器，例如 Microchip 的 RN4020 或 RN4870，或者 Silicon Labs 的 BT121 或 BGM113。板载处理器可以提供更大的灵活性和功能，例如除了蓝牙堆栈之外，还可以通过 GPIO、SPI、I2C、PWM 等控制简单的外围设备。
2. 确保您为应用选择了合适的蓝牙设备，并且天线的尺寸和调整也合适。
如果您正在寻找一个简单的信标应用程序，您只需在短时间/间隔内宣传位置或数据，那么可以使用低功耗（蓝牙低功耗或 BLE）、具有最少功能和外围设备的经济高效的解决方案以节省机上不动产和最终成本。
如果您正在寻找更高吞吐量、音频流或数据交换蓝牙应用程序，那么您可能需要一些具有更高 Tx 功率、更高 Rx 灵敏度和更快数据速率（尽管减慢数据传输速度）速率通常有助于最小化丢弃的数据包）。
如果您正在寻找一种一体化芯片，请考虑使用包含强大或辅助处理器的芯片组，这些处理器包括可用的 UART、SPI、I2C、PWM、ADC、DAC 和 GPIO 引脚。
如果您正在处理严重依赖 RSSI 读数的工作，请确保其 RSSI 监视器具有足够的 dB 分辨率。
分离或移除铜信号和高能量组件3. 在蓝牙芯片组或模块中进行设计时，让天线区域完全远离附近的铜质信号或携带大量能量的组件（尤其是切换的电源路径，例如升压或降压转换器）。
这还包括保持区域（和板层）没有平面和多边形浇注。大多数蓝牙芯片组制造商都会提供在 PCB 设计过程中应密切遵循的布局指南。如果您手动布置天线区域，请酌情使用接地平面以在输入端保持良好的带宽，并确保为调谐元件留出足够的空间（印刷和陶瓷天线需要接地平面）。
使用接地缝合过孔来防止来自 PCB 边缘的有害辐射，因为它可能会穿透附近的蓝牙信号。如果可以，请尝试针对蓝牙设备及其天线所在位置优化电路板形状，使其位于边缘并远离附近的组件和信号。如果使用基于模拟的信号（例如音频），请确保模拟和数字接地层是分开的。
屏蔽电子设备（当然不是天线）以防止交叉耦合并最大限度地减少拾取的噪声始终是一个好主意。
4. 确保为蓝牙模块或芯片供电的导轨干净，并在需要时使用旁路（1.0 uF）和去耦电容器（0.1uF 和 10nF）。也可以随意在进入电路板蓝牙区域的电源轨上使用铁氧体磁珠来抑制高频噪声。
工具与分析5. 如果您正在设计天线区域，请确保您拥有合适的设备（例如网络分析仪）来分析和调整匹配网络，或考虑将设计发送至第 3 方 RF 测试实验室。
考虑现实世界的障碍6. 在蓝牙连接过程中，有很多东西会导致阻塞或失谐，包括附近的水（人类也是……我们主要由水构成）、金属化物体、智能手机/平板电脑、计算机、操作设备在相同的 ISM 频段上，例如微波炉或 WLAN 技术、电源、无线射频视频、办公室照明和家用电话。
即使在近距离（1-2 米）配对时，它也极易受到信号丢失的影响。如果此类因素影响信号质量的风险较高，则选择功率较高的设备并以较慢的速度运行，以最大程度地减少丢包率。或者，如果电子设备在外壳内，请确保金属化材料最小化并远离 BLE 模块。蓝牙信号强度与距离的关系不是线性关系。事实上，它是非常非线性的，根据周围环境有些不可预测，但确实遵循一般模式（如下所示）。
无论您是在设计小型、简单的 Beacon 模块还是数据流、耗电的蓝牙集线器，遵循这些考虑因素都可以在设计的测试/实施阶段为您省去很多麻烦。
随着蓝牙PCB组装的扩展，将无线通信和控制融入产品是一个激动人心的时刻，未来只会带来更小、更快、更便宜、更强的蓝牙组件。
