蓝牙音箱供电电路设计解析

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@小白创作中心

蓝牙音箱供电电路设计解析

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/u011407864/article/details/145700154

前言

最近有小伙伴反馈，对开源蓝牙音箱方案的供电电路设计存在疑问。本文将详细解析S-BE5607E芯片的电源管理单元（PMU）设计要点，包括电源引脚的功能、电压范围、去耦电容的使用以及布局注意事项等。

S-BE5607E电源供电概述

电源供电管理单元PMU，特性参数如下：

S-BE5607E电源供电引脚为15脚(VBAT)，电压范围为2.4~~5V，最高不能超过5V。在USB-5V供电系统中，由于手机充电器或标称5V电源适配器输出电压范围为4.75~~5.25V，空载或轻载时电压都会超过5V，因此需要加D2进行保护。D2还有稳定S-BE5607E IC电压的作用，外部电压波动时D2可以反向阻止C9电容电压被拉低，与C8, R8组成PI型滤波电路，从而达到稳定蓝牙IC供电电压的目的。

13脚(VUSB)在电池供电的蓝牙耳机或蓝牙音箱电路中可作为内置充电，最大充电电流350mA，不超过5.5V输入电压。由于充电电流较小，一般应用于小容量电池供电的蓝牙耳机或蓝牙音箱中，R8可改为0欧或用保险丝，去掉D2。大容量电池供电的蓝牙耳机或蓝牙音箱，请使用外置供电。
13脚(VUSB)还可做GPIO输出输入，但没有上下拉功能。甚至可以用做UART的TX引脚，或HSRTX（高速串口）的RX和TX引脚。做GPIO或UART使用时，省去C13。
14脚(VDDIO)为内部LDO输出引脚，给外设供电用，如LED，SD卡、TF卡MIC，红外接收头等外设。电压范围为2.8~3.8V，可编程设置电压值，标准程序设置电压为3.1V。即使不用这些外设，C12也不能省去，因为IC内部的外设，如DAC、ADC、内部Flash, RF射频电路等都用内部LDO供电，需要电源退耦。

关于电源退耦

电源退耦（也称去耦）在蓝牙 SOC 电源设计中对保障蓝牙 SOC 稳定运行、提升整体性能意义重大。它能去除电源中的干扰信号，减少电源噪声对蓝牙 SOC 的影响。下面详细介绍其作用及实现方法：

电源去耦的作用

抑制电源噪声传播：蓝牙 SOC 工作时，电源线上会产生各种噪声，这些噪声可能源于外部电源波动、芯片内部电路切换等。电源去耦能有效阻止这些噪声在电源网络中传播，避免其对蓝牙 SOC 的正常工作产生干扰。在蓝牙设备中，射频电路工作时会产生高频噪声，若不进行去耦，这些噪声会通过电源线传播到数字电路部分，影响数字信号的处理，导致蓝牙数据传输错误或不稳定。
稳定电源电压：蓝牙 SOC 在不同工作模式下电流需求变化较大，这会使电源电压出现波动。电源去耦通过提供一个稳定的电源电压，确保蓝牙 SOC 在各种工作条件下都能正常运行。在蓝牙 SOC 从待机模式切换到数据传输模式时，电流瞬间增大，去耦电容能够及时补充电荷，维持电源电压稳定，防止因电压波动导致芯片工作异常。
提高系统抗干扰能力：通过去除电源中的噪声，电源去耦增强了蓝牙 SOC 系统的抗干扰能力，减少了外界干扰对蓝牙通信的影响，提升了蓝牙设备的可靠性和稳定性。在复杂的电磁环境中，去耦良好的蓝牙 SOC 能够更好地抵抗外界电磁干扰，保持稳定的通信状态。

电源去耦的实现方法

电容退耦：这是最常用的电源去耦方法。在蓝牙 SOC 的电源引脚附近，通常会放置多个不同容值的电容。陶瓷电容因其低等效串联电阻（ESR）和高频特性好，常用于滤除高频噪声，一般取值在 0.1μF - 10μF 之间；电解电容的容量较大，可用于滤除低频噪声和提供瞬间大电流，常见容值在 1μF - 100μF。在实际设计中，会在蓝牙 SOC 的电源引脚旁并联一个 0.1μF 的陶瓷电容和一个 10μF 的电解电容，分别对高频和低频噪声进行有效滤除。
电感退耦：电感具有抑制高频电流的特性，在电源路径中串联电感，可以阻止高频噪声通过。在蓝牙 SOC 的电源输入线上串联一个小电感，能有效阻挡来自外部电源的高频干扰信号进入芯片。电感与电容组成的 LC 滤波电路，能进一步提高去耦效果，在一些对电源噪声要求较高的蓝牙 SOC 设计中，常采用 LC 滤波电路进行电源去耦。
多层 PCB 设计：合理的多层印刷电路板（PCB）设计也能实现电源去耦。在多层 PCB 中，专门设置电源层和地层，并使它们紧密相邻，利用层间电容实现去耦。增加电源层和地层的铜箔厚度，减小电源和地之间的电阻和电感，降低电源噪声。同时，在 PCB 布线时，要确保电源路径短而宽，减少线路阻抗，提高去耦效果。将蓝牙 SOC 的电源引脚尽量靠近电源层和地层，缩短电源路径，减少噪声产生。
电源平面分割：对于同时存在多种电源电压的蓝牙 SOC 系统，采用电源平面分割技术可以避免不同电源之间的相互干扰。将不同电压的电源平面分开，并在分割处使用电容进行去耦，防止不同电源之间的噪声耦合。在一个同时有 1.8V 和 3.3V 电源的蓝牙 SOC 设计中，通过将 1.8V 和 3.3V 电源平面分割，并在分割处放置多个去耦电容，有效减少了两种电源之间的干扰。

S-BE5607E电源供电使用的是电容退耦，选择高品质的1uF MLCC 电容。