CN217406536U - 一种自带陶瓷天线的蓝牙通信模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于蓝牙接入模组技术领域，具体公开了一种自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，包括蓝牙芯片、π型匹配电路、天线匹配电路、陶瓷天线、UART接口、SPI接口、GPIO接口、ADC接口、LC滤波电路、晶振模块以及晶振匹配电路；陶瓷天线经天线匹配电路及π型匹配电路连接至蓝牙芯片的射频管脚；晶振模块经晶振匹配电路连接至蓝牙芯片上的晶振信号输入/输出管脚；UART接口、SPI接口、GPIO接口和ADC接口分别与蓝牙芯片的UART、SPI、GPIO和ADC输入输出管脚连接；LC滤波电路连接在蓝牙芯片的内部电源与外部电源之间。解决了现有技术中用于电表的蓝牙模组蓝牙通信模组接口单一，并增加了电表的设计难度、整体成本和部件数量的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型属于蓝牙接入模组技术领域，尤其涉及一种自带陶瓷天线的蓝牙通信模组。
背景技术
目前随着无线通信技术的发展，电表行业广泛应用蓝牙来做通信控制，监控计量等作用。然而将蓝牙芯片布局到电表中，不仅会提高成本，维修检查方面也极为不便，因此目前普遍以蓝牙模组的方式接入到电表系统。现有的蓝牙通信模组，接口较为单一，往往还需要外接天线才能工作，增加了电表的设计难度、整体成本和部件数量。
实用新型内容
本实用新型意在提供一种自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，以解决现有技术中的蓝牙通信模组接口单一，并增加了电表的设计难度、整体成本和部件数量的技术问题。
本实用新型中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，包括蓝牙芯片、π型匹配电路、天线匹配电路、陶瓷天线、UART接口、SPI接口、GPIO接口、ADC接口、LC滤波电路、晶振模块以及晶振匹配电路；
所述陶瓷天线经天线匹配电路及π型匹配电路连接至蓝牙芯片的射频管脚；
所述晶振模块经晶振匹配电路连接至蓝牙芯片上的晶振信号输入/输出管脚；
所述UART接口、SPI接口、GPIO接口和ADC接口分别与蓝牙芯片的UART、SPI、GPIO和ADC输入输出管脚连接，用于与电表上的UART接口、SPI接口、GPIO接口和ADC接口连接；
所述LC滤波电路连接在蓝牙芯片的内部电源与外部电源之间。
进一步的，所述蓝牙芯片为RTL8762C型号的蓝牙芯片。
进一步的，所述晶振模块为40MHz晶振。
进一步的，所述晶振匹配电路为连接在晶振信号输入/输出管脚与地线之间的电容。
进一步的，所述天线匹配电路包括连接在陶瓷天线与π型匹配电路间的第一天线电感，以及连接在第一天线电感靠近陶瓷天线的一端与地线之间的第一天线电容，以及连接在第一天线电感靠近π型匹配电路的一端与地线之间的第二天线电容。
进一步的，所述π型匹配电路包括依次串联连接在天线匹配电路与射频管脚间的第一射频电容和第一射频电感，以及连接在第一射频电感靠近第一射频电容的一端与地线之间的第二射频电容，以及连接在第一射频电感靠近射频管脚一端与地线之间的第三射频电容。
进一步的，所述第一射频电感的电感值为3.3nH。
进一步的，所述第一射频电容的电容值为22pF。
进一步的，所述第二射频电容的电容值为1.2pF。
进一步的，所述第三射频电容的电容值为1.2pF。
对比现有的蓝牙通信跛模组，本实用新型中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组在接口形式和数量上均更加丰富，为电表的设计和生产提供了更多的可能性，并且使用了经过天线匹配的板载陶瓷天线，无需外接另外的天线，减少了电表的设计难度和部件数量进而降低了电表的整体成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组的电气原理图。
图2为本实用新型实施例中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组的功能模块逻辑框图。
图3为本实用新型实施例中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组的封装结构示意图。
图4为本实用新型实施例中的蓝牙芯片的电气原理图。
图5为本实用新型实施例中的天线匹配电路和π型匹配电路的电气原理图。
图6为本实用新型实施例中的晶振模块及晶振匹配电路的电气原理图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用于限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用于限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素。
本实施例中的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组的电气原理图基本如1所示，其外封装结构的各管脚的功能如下表所示：
表1自带陶瓷天线的蓝牙通信模组引脚说明表
如图2所示本实施例中的的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，包括蓝牙芯片、π型匹配电路、天线匹配电路、陶瓷天线、UART接口、SPI接口、ADC接口、GPIO接口、LC滤波电路、晶振模块以及晶振匹配电路；
电表上的电源通过电源滤波模块给模组提供纹波小的3.3V电，模组对于供电的需要比较高，首先是电源的纹波必须要小，其次供电的电流要满足500mA以上，确保在信号持续发射的情况下，供电电流充足，因为在信号持续不断发射的时候电流会比较大。而日常使用的时候是处于等待唤醒，数据量很小耗电很低，但是必须考虑到极端情况，因此添加LC滤波电路来进行电信号的清洁。
电表的SPI接口与模组的SPI接口引脚(模组引脚3、4、5和19)连接，电表的UART接口连接模组的UART接口引脚(模组引脚4、15、16、21和22)，并包含有烧录UART接口模组引脚21和22)，电表的ADC检测接口连接模组的6路ADC接口引脚(模组引脚2、6、11、13、14和18)，模组的其他GPIO接口引脚(模组引脚10、12、17、和20)开放给电表使用。本实施例在开放的接口形式和数量上比现有的蓝牙模组丰富，此外如图3所示，模组的尺寸为10.0mm x13.0mm，比现有的蓝牙模组的尺寸小，更加方便节省电表的尺寸和空间。
如图4所示，本实施例中的蓝牙芯片为RTL8762C型号的蓝牙芯片，其上主要的功能管脚包括：
第1-6管脚，模组ADC接口对应的输入输出管脚；
第9管脚，芯片射频引脚；
第15-18管脚，模组SPI接口对应的输入输出管脚；
第17、23、35、36、38管脚，模组UART接口对应的输入输出管脚，其中第35、36、管脚为烧录UART管脚；
第22、24、34、37管脚，模组GPIO接口对应的输入输出管脚，
第12、13管脚，晶振信号输入和输出管脚，
第41管脚，接地管脚。
图4中其他的管脚及相应的匹配电路可参见RTL8762C型号蓝牙芯片的技术文档，在此不做赘述。由于模组内部自带上拉和下拉的电路，因此电表线路连接方面无需添加上拉下拉电路，方便电表节省元器件和空间。
模组有一组完整的SPI主从4线接口，方便客户做SPI通信使用，预留了烧录UART接口，用来方便客户升级程序，且支持多次重新烧录方便更新程序，有6路ADC接口用来做流控处理。电表可以通过SPI接口或者UART接口控制模组运行，从而使信息由电力传输的形式转换成可借由模组进行传递和通信的无线蓝牙形式。
蓝牙模组本身自带陶瓷蓝牙天线，该天线已经过天线匹配使得陶瓷天线性能更加好，更有利于辐射和接收空间中的蓝牙信号，从而使得通信稳定有效且传输距离得到保障。由于自带陶瓷天线，电表无需外接另外的天线，节省了电表的成本。
如图5所示，模组的芯片射频管脚出来，通过π型匹配电路，实现蓝牙信号的调试。然后通过布置在PCB板底部的测试点(ANT RF T PIONT S)来实现生产测试，把控蓝牙信号指标，通过顶层走线到达天线匹配电路，然后通过陶瓷天线(ANT1)进行蓝牙信号的接收和发送。天线匹配电路是对陶瓷天线进行调试的，使得陶瓷天线的天线辐射效率提高，天线的增益提高，天线的插入损耗减少，让蓝牙信号能够更好的辐射出和接收回来。
本实施例中的天线匹配电路包括连接在陶瓷天线与π型匹配电路间的第一天线电感L2，以及连接在第一天线电感L2靠近陶瓷天线的一端与地线之间的第一天线电容C17，以及连接在第一天线电感L2靠近π型匹配电路的一端与地线之间的第二天线电容C18。
本实施例中的π型匹配电路包括依次串联连接在天线匹配电路与射频管脚间的第一射频电容C15和第一射频电感L3，以及连接在第一射频电感L3靠近第一射频电容C15的一端与地线之间的第二射频电容C19，以及连接在第一射频电感L3靠近射频管脚一端与地线之间的第三射频电容C20。
本实施例中，第一射频电感的电感值L3为3.3nH，第一射频电容C15的电容值为22pF，第二射频电容C19的电容值为1.2pF，第三射频电容C20的电容值为1.2pF。而线匹配电路中各器件的参数则需要根据选用的天线的特性做调整。
本实施例中的测试点(ANT RF T PIONT S)位于，第一天线电感L2与第一射频电容C15以及第二天线电容C18的连接处。
由于蓝牙的频偏对信号接收和发送影响比较大，所以如图6所示的，本实施例采用40M的晶振模块，该晶振模块的1、3管脚分别接蓝牙芯片的晶振信号输入(芯片12管脚)和输出管脚(芯片13管脚)，并且该40M晶振模块与芯片的晶振信号输入和输出管脚之间增加了晶振匹配电路，可以调节该电路来实现蓝牙信号的频偏保证的蓝牙规范的范围内，该晶振匹配电路包括分别接在晶振信号输入和输出管脚与地线间的第一晶振电容C1和第二晶振电容C4，同时晶振模块的2、4管脚也接地。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，包括蓝牙芯片、π型匹配电路、天线匹配电路、陶瓷天线、UART接口、SPI接口、GPIO接口、ADC接口、LC滤波电路、晶振模块以及晶振匹配电路；
所述陶瓷天线经天线匹配电路及π型匹配电路连接至蓝牙芯片的射频管脚；
所述晶振模块经晶振匹配电路连接至蓝牙芯片上的晶振信号输入/输出管脚；
所述UART接口、SPI接口、GPIO接口和ADC接口分别与蓝牙芯片的UART、SPI、GPIO和ADC输入输出管脚连接，用于与电表上的UART接口、SPI接口、GPIO接口和ADC接口连接；
所述LC滤波电路连接在蓝牙芯片的内部电源与外部电源之间。
2.根据权利要求1所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述蓝牙芯片为RTL8762C型号的蓝牙芯片。
3.根据权利要求1所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述晶振模块为40MHz的晶振。
4.根据权利要求1所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述晶振匹配电路为连接在晶振信号输入/输出管脚与地线之间的电容。
5.根据权利要求1所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述天线匹配电路包括连接在陶瓷天线与π型匹配电路间的第一天线电感，以及连接在第一天线电感靠近陶瓷天线的一端与地线之间的第一天线电容，以及连接在第一天线电感靠近π型匹配电路的一端与地线之间的第二天线电容。
6.根据权利要求1所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述π型匹配电路包括依次串联连接在天线匹配电路与射频管脚间的第一射频电容和第一射频电感，以及连接在第一射频电感靠近第一射频电容的一端与地线之间的第二射频电容，以及连接在第一射频电感靠近射频管脚一端与地线之间的第三射频电容。
7.根据权利要求6所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述第一射频电感的电感值为3.3nH。
8.根据权利要求6所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述第一射频电容的电容值为22pF。
9.根据权利要求6所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述第二射频电容的电容值为1.2pF。
10.根据权利要求6所述的自带陶瓷天线的蓝牙通信模组，其特征在于，所述第三射频电容的电容值为1.2pF。
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