Bluetooth PCB: Ermöglicher der drahtlosen Technologie

Die Bluetooth Technologie kann auf eine über 20-jährige Geschichte in elektronischen Anwendungen zurückblicken. Da sich diese Technologie ständig weiterentwickelt, hat sie ihre Reichweite über Kommunikationssysteme hinaus ausgedehnt und sich tief in verschiedene Aspekte der menschlichen Aktivitäten integriert. Dazu gehören u.a. Produkte für intelligente Gebäude, intelligente Industrien und intelligente Städte. Um die Leistungsfähigkeit der drahtlosen Konnektivität und Datenübertragung zu nutzen, integrieren Ingenieure Bluetooth-Module in PCB-Entwürfe. In diesem Artikel befasst sich FS Technology ausführlich mit Bluetooth-Leiterplatte um Sie bei der Erfüllung Ihrer Einsatzanforderungen zu unterstützen.

bluetooth Platine

Bluetooth PCB verstehen

In den früheren Phasen der drahtlosen Konnektivität wurde die Infrarottechnologie verwendet. Da sie jedoch nicht in der Lage ist, gleichzeitige Verbindungen von mehreren Signalquellen zu einem Netzwerk zu unterstützen und stark von der Sensorumgebung abhängig ist, wurde sie nach und nach durch die Bluetooth-Technologie ersetzt. Bluetooth nutzt Hochfrequenzsignale, um den Informationsaustausch zwischen Geräten zu erleichtern. Durch den Betrieb im 2,4 GHz ISM-Frequenzband erreicht Bluetooth in der Regel Signalverbindungsdistanzen von bis zu 100 Metern oder noch weiter und ermöglicht Verbindungen mit Dutzenden von Peripheriegeräten gleichzeitig. Mit dem technologischen Fortschritt sind neben dem klassischen Bluetooth auch Low Energy Bluetooth (BLE), das Energie spart, wenn keine Datenübertragung stattfindet, und Bluetooth 5 mit verbesserten Geschwindigkeits- und Leistungsmerkmalen auf den Markt gekommen.

Am Beispiel des weit verbreiteten CSR Bluetooth-Moduls der Serie 86XX zeigt sich, dass die Platine mit vier Pins ausgestattet ist, die für Funktionen wie Status, Freigabe, Kommunikation und Stromversorgung zuständig sind. Diese Funktionen hängen von verschiedenen Komponenten wie Bluetooth-SoCs, Uhrenquarzen, Antennen, SMPS-Leistungsinduktoren, Filterkondensatoren und Speicherchips ab, die auf der Platine miteinander verbunden sind. Für die Signalübertragung zwischen voneinander getrennten Geräten sind diese elektronischen Geräte mit oberflächenmontierten Antennen ausgestattet, die Signale empfangen und zur Verarbeitung und Ausgabe an die Hauptplatine weiterleiten. Die Funktionsweise einer Bluetooth-Platine kann auf drei Ebenen verstanden werden: die Master-Slave-Beziehung, der Übertragungsprozess und die Datenübertragung.

Die Master-Slave-Beziehung bei der Bluetooth-Kommunikation:

  • Bei Kommunikationsgeräten fungiert eine Seite als Host, während die andere Seite als Slave fungiert.
  • Wenn Sie die Bluetooth-Kommunikation aktivieren, müssen beide Rollen explizit definiert werden, damit der Host einen Suchvorgang einleitet.
  • Eine einzige Verbindung kann bis zu 7 Geräte gleichzeitig unterstützen.
  • Die Rollen sind nicht dauerhaft. In der Regel übernimmt der Initiator des Signals die Hauptrolle.
 

Bluetooth Kommunikationsprozess:

  • Zwei übereinstimmende Geräte müssen mit einem PIN-Code gekoppelt werden.
  • Das Slave-Gerät muss vom Master-Gerät Vertrauensinformationen erhalten, um eine sichere Verbindung zu gewährleisten.
  • Nach erfolgreicher Kopplung sind beide Geräte in der Lage, Anfragen zum Verbindungsaufbau zu stellen.
  • Jedes Gerät kann eine Anfrage zum Trennen der Verbindung initiieren.
 

Datenübertragung:

  • Die Geräte verfügen über zwei Kopplungsstatus:
  • Stiller Zustand des Slave-Geräts: Kann nur mit dem Master-Gerät kommunizieren und bleibt für andere Geräte unerkennbar.
  • Status des Slave-Geräts erkennbar: Kann vom Master-Gerät erkannt werden und Verbindungen mit anderen Geräten herstellen.

Elektronik mit Bluetooth-Platine

Multimedia Übertragung

Die Ausstattung von Geräten mit Bluetooth-Funktionen in Multimedia-Anwendungen ermöglicht ihnen den Zugriff auf Audio- und Videodatenquellen. Ihr Smartphone enthält zum Beispiel eine Bluetooth-fähige PCBA, mit der Sie Lieder und Videos abspielen und an andere Bluetooth-Geräte übertragen können. Bluetooth-Kopfhörer werden in der Regel für die Übertragung von Audio- und Sprachsignalen verwendet. Die Funktionsplatine ermöglicht die Übertragung von Audiosignalen an die Kopfhörer und funktioniert wie folgt:

  1. Der Dekodierungschip dekodiert Audiodateien und erzeugt digitale Signale aus 0s und 1s, die dann über die Bluetooth-Antenne an den Kopfhörer gesendet werden.
  2. Nach dem Empfang des digitalen Signals wandelt ein interner Digital-Analog-Wandlerchip dieses in Audio um.
  3. Das analoge Signal wird durch einen Verstärker verstärkt.
  4. Bluetooth-Kopfhörer empfangen und verstärken das Signal und erzeugen so eine Tonausgabe.

Computer-Peripheriegeräte

Laptops sind zwar weit verbreitet und bieten eine hervorragende Leistung, aber im Vergleich zu Desktop-Computern können sie in Bezug auf die Benutzerfreundlichkeit manchmal zu kurz kommen. Um dies zu vermeiden, werden Laptops häufig mit einer Maus und einer Tastatur ausgestattet. Für manche Vielnutzer sind die kabellosen Optionen jedoch aufgrund der geringen Latenz, die durch die verschiedenen Verbindungsmethoden entsteht, nicht ideal:

Konnektivitätsmethoden:

  • Bluetooth-Tastatur: Tastatur PCB verwendet das Bluetooth-Übertragungsprotokoll für die Datenübertragung und ermöglicht die Bluetooth-Kommunikation innerhalb einer effektiven Reichweite (innerhalb von 10 Metern).
  • Kabellose Tastatur: Überträgt Signale an bestimmte elektronische Geräte mit Hilfe von Infrarot-Technologie oder Funkwellen.
 

Empfangsmethoden:

  • Bluetooth-Tastatur: Empfängt und sendet Signale über intern installierte Antennen. Als Alternative können Keramikantennen verwendet werden, um die Übertragungslatenz zu verringern. Lesen Sie weiter: Keramische Chip-Antenne vs. PCB-Antenne
  • Kabellose Tastatur: Empfängt Signale über einen extern installierten Empfänger auf dem Gerät.

Bluetooth-Lautsprecher

Bluetooth-Lautsprecher sind in der Unterhaltungselektronik weit verbreitet, insbesondere in Geräten für den Heimgebrauch. Sie verwenden eine PCBA-Platine mit integrierten Bluetooth-Modulen als Hauptsteuereinheit, die eine drahtlose Verbindung ermöglicht und komplexe Kabelverbindungen überflüssig macht. Ihre Bedienung ist benutzerfreundlich und ähnelt der von Bluetooth bei Mobiltelefonen.

Wichtige Komponenten und Funktionen:

  • Hauptsteuerungs-PCBA-Platine: Verantwortlich für die Steuerung aller Funktionen des Lautsprechers, einschließlich Datenübertragung, Verbindung und Kommunikation mit anderen Geräten.
  • Audio-Verstärker: Verstärkt Audiosignale, um den Lautsprecher anzusteuern und Ton zu erzeugen.
  • Spannungsregler: Sorgt für eine stabile Stromspannung für die Lautsprecherschaltung und damit für eine gleichbleibende und stabile Audioqualität.
  • Ladegerät: Einige Bluetooth-Lautsprecher sind mit einer Ladefunktion ausgestattet, und das Lademodul ist für das Aufladen des eingebauten Akkus zuständig.
  • Steuerungstasten: Auf der einen Seite der Hauptplatine befinden sich die Tasten für die Lautstärkeregelung, der Netzschalter und das Mikrofon für die Aktivierung von Sprachanrufen.
  • Sprecher: Der Lautsprecher ist eine wichtige Komponente, die Ton erzeugt, indem sie Audiosignale in hörbaren Ton umwandelt.
  • Batterie: Einige Bluetooth-Lautsprecher verfügen über eingebaute Batterien, damit sie ohne externe Stromquelle betrieben werden können.

Bluetooth-Module

Eine einfache Technik zur Integration von Bluetooth-Funktionen in Geräte ist der Einsatz von Bluetooth-Modulen, die Integrierte Schaltungen die Bluetooth-Funktionen umfassen. Diese Module werden auf PCBA-Platinen installiert. Sie lassen sich grob nach ihren Funktionen in drei Klassen einteilen: Datenmodule, Audiomodule und kombinierte Audio- und Datenmodule. Diese Module, die Single-Chip-Bluetooth-Systeme und CMOS-Technologie verwenden, sind 12,7 mal 27 Millimeter groß und arbeiten mit einer Datenübertragungsrate von 2,4 GHz mit einer maximalen Geschwindigkeit von 3 Mbps und unterstützen Bluetooth 2.0.

Für Kunden bietet die Verwendung von Bluetooth-Modulen folgende Vorteile:

  • Schnellere Realisierung des Bluetooth PCB-Designs und geringere Zertifizierungskosten.
  • Diese Module sind zwar etwas teurer, bieten aber Größenvorteile.
  • Erweitert die Funktionalität der seriellen Schnittstelle durch drahtlose Kommunikation.
  • PCBA-Platinen mit eingebauten Bluetooth-Modulen können mit PC-assoziierter Hardware harmonieren.
  • Ausgestattet mit USB-Anschlüssen für den direkten Anschluss an verschiedene Systeme.

Bluetooth-Sender-Platine

Die Bluetooth-Signalübertragung erleichtert die Verbindung von elektronischen Produkten ohne Bluetooth-Funktionalität mit Bluetooth-Netzwerken. Durch den Einbau von Bluetooth-Senderplatinen in Geräte wie Desktop-Computer und Fernsehgeräte können diese Geräte in Produkte mit Bluetooth-Funktionen verwandelt werden. In typischen Anwendungen können diese Platinen Audiosignale von externen Quellen wie Smartphones empfangen und so Audioübertragungen sowie Daten von Sensoren ermöglichen. Sie sind in der Regel auf eine externe Stromquelle angewiesen, um einen stabilen Betriebszustand zu gewährleisten. In einigen Fällen kann die Verwendung von eingebauten Lithium-Ionen-Batterien für eine gewisse Zeit des drahtlosen Betriebs in Betracht gezogen werden. Um eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten, enthalten einige Designs auch Ladesysteme, um die Batterien bei Bedarf wieder aufzuladen.

Besteht in erster Linie aus den folgenden drei Kernkomponenten:

  • Sensor-Datenverarbeitungseinheit: Verantwortlich für das Sammeln und Verarbeiten von Daten von verschiedenen Sensoren, einschließlich Umgebungsparametern und Standortinformationen. Diese Daten werden dann kodiert und an andere Geräte übertragen.
  • Energiemanagement und Spannungsregulierungssystem: Liefert eine stabile Spannung, um die ordnungsgemäße Stromversorgung der verschiedenen Schaltkreiskomponenten zu gewährleisten.
  • Bluetooth-Kommunikationsmodul: Integriert das drahtlose Bluetooth-Kommunikationsprotokoll, das für die Verschlüsselung von Sensordaten und deren Übertragung an andere Bluetooth-Geräte über Bluetooth-Signale zuständig ist.

Bluetooth-Empfänger-Platine

Empfänger werden eingesetzt, um Signale von Geräten, die Bluetooth unterstützen, abzurufen und diese Signale an andere Module zu übertragen. Jedes Gerät verfügt über ein Bluetooth-Empfangssystem, um den Betrieb zu verwalten. Wiederaufladbare Batterien, die für den Dauerbetrieb verwendet werden, müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Bei bestimmten Geräten kann die Verwendung von Lithium-Ionen-Akkus die Nutzungsdauer pro Aufladung verlängern. Die Akkus sind auf der Platine integriert, um ein Überladen und Entladen zu verhindern.

Die Leiterplatte eines Bluetooth-Empfängers ist mit einer Antenne ausgestattet, um Signale von Telefonen oder anderen Bluetooth-Geräten zu empfangen. Ihre Struktur ähnelt der einer Bluetooth-Lautsprecherschaltung und ist mit integrierten Schaltkreisen ausgestattet. Um das Verstärkersystem zu bedienen, ist die Platine auch mit Hilfsausgängen ausgestattet. Verstärker und Spannungsregler sind auf der Platine installiert, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten.

Enthusiasten können diese Komponenten in Elektronikgeschäften kaufen. Wenn Sie große Mengen benötigen Komponentenbeschaffungsdienste, FS Technologie ist sehr hilfsbereit. Außerdem ist es eine kluge Entscheidung, sich an einen professionellen Hersteller von Bluetooth-Leiterplatten zu wenden, um Probleme wie Funktionslücken zu vermeiden.

Bluetooth PCB FAQ

Dieses Problem kann durch verschiedene Faktoren wie Entfernung, Interferenzen, Batteriestatus und Leiterplattenlayout entstehen. Bei der Schaltungsentwicklung wird empfohlen, das Antennendesign zu optimieren und Masseflächen zusammen mit der Isolierung der Signalebene zu verwenden, um die Auswirkungen elektromagnetischer Interferenzen zu verringern.

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FS Tech bietet PCBA-Fertigungsdienstleistungen für die Unterhaltungselektronikindustrie an, die eine breite Palette von Produkten wie Computer, Mobiltelefone, Spielkonsolen und verschiedene Bluetooth-Peripheriegeräte umfasst.

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