基于蓝牙SOC的晶振电路设计浅析

概述

经常有小伙伴询问，为什么我的电路设计没问题，为什么蓝牙连接不呢？

很多时候，问题出在晶振电路上。

蓝牙晶振电路是蓝牙设备中至关重要的组成部分，它为蓝牙芯片提供稳定且精确的时钟信号，确保蓝牙通信能够正常、可靠地进行。下面从基本原理、电路组成、晶振类型、影响因素几个方面进行介绍。

基本原理

晶振（晶体振荡器）是利用石英晶体的压电效应来工作的。当在石英晶体的两个电极上加一个电场，晶片就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生电场，这种物理现象称为压电效应。当给晶振施加交变电压时，它会产生一个特定频率的机械振动，而这个机械振动又会反过来产生相应频率的电信号。由于石英晶体的物理特性非常稳定，所以能够输出频率高度稳定的时钟信号。

电路组成

• 晶体谐振器

晶振电路的核心部件，它决定了电路的振荡频率。通常有不同的频率规格可供选择，常见的蓝牙晶振频率有 16MHz、26MHz 等，不同的蓝牙芯片可能需要不同频率的晶振来满足其工作要求。我们的S-BE5607方案用的是26MHz晶振。建议选择SMD3225封装，最好直接使用我们配套的晶振。

• 负载电容

连接在晶振的两端，与晶振共同构成谐振回路，起到稳定振荡频率和帮助晶振起振的作用。负载电容的值需要根据晶振的规格进行合理选择，一般在几皮法到几十皮法之间。

• 匹配电阻

有些蓝牙晶振电路中会使用匹配电阻，其作用是调节电路的阻抗匹配，优化振荡信号的质量，减少信号反射和干扰。大部分电阻会省略此部分电路。

晶振类型

• 普通晶体振荡器（XO）

结构相对简单，成本较低，但频率精度和稳定性一般，适用于对时钟精度要求不是特别高的蓝牙应用场景。

• 温度补偿晶体振荡器（TCXO）

内置了温度补偿电路，能够根据环境温度的变化自动调整晶振的输出频率，从而提高频率的稳定性。在温度变化较大的环境中，TCXO 能保证蓝牙设备的时钟信号更加精确，适用于对通信质量要求较高的场合。

• 压控晶体振荡器（VCXO）

其输出频率可以通过外加电压进行控制。在蓝牙通信中，VCXO 可用于频率调制和微调，以适应不同的通信协议和工作模式。

影响因素

• 温度

温度变化会影响石英晶体的物理特性，从而导致晶振输出频率发生漂移。因此，在设计蓝牙晶振电路时，需要考虑温度补偿措施，以确保在不同的环境温度下都能保持稳定的频率输出。

• 电磁干扰

蓝牙设备工作时会受到周围电磁环境的干扰，这些干扰可能会影响晶振电路的正常工作，导致频率不稳定或产生噪声。为了减少电磁干扰的影响，通常会采用屏蔽、滤波等措施来保护晶振电路。

• 负载变化

如果晶振电路的负载发生变化，例如负载电容的数值改变，会影响谐振回路的特性，进而导致振荡频率发生偏移。因此，在电路设计和实际应用中，需要确保负载的稳定性。

晶振电路PCB Layout指导

晶振电路走线尽量短，回路组成围成面积尽量小，尽量不要有过孔，与RF 微带线之间用地线隔离。预留的外部负载电容靠近晶振放置,晶振底层尽量不要走其它信号线，晶振周围包地处理。品振为敏感元件，不得靠近磁感应元件，远离 BSW脚的电感。

晶振负载电容（晶振旁边两电容）预留位置，因为晶振内部基本有负载电容，我们的S-BE5607E方案(了解方案详情：光明谷S-BE5607E蓝牙5.4 低成本插卡U盘蓝牙音箱方案）, 不需要焊接负载电容，当软件校频不能满足要求时，可焊接负载电容

正确示例

错误示例

实际应用中，即使物料不变，由于布局、PCB板材等差异会产生频偏，如果实际应用时，用我们标准方案，不能连接蓝牙，可寄给我们调校频偏，重新升级固件，即可连接蓝牙。

总结

蓝牙对频偏要求比较高，所以晶振的品质对蓝牙的性能至关重要，选型过程中 必须保证晶振的一致性和稳定性。晶振的频率偏差必须≤±10ppm，负载CL 推荐9pF。推荐使用我们的配套的晶振，因为我们的方案依我们的配套的晶振，已经调校好了。

经调试好的PCB，所有的布线和元件，都不要变动了，不然后影响频偏，可能导致蓝牙连接不上。

晶振及其他元件（包括IC、电容、电阻、电感、PCB）出厂时，不能保证参数完全一致。所以，我们产量，还需用我们专门蓝牙测试校正频偏，蓝牙IC会记录频偏值，并通过软件校正频偏，达到最佳射频效果。

参看蓝牙测试盒详情：

【蓝牙开发笔记】中科蓝讯蓝牙测试盒使用说明OTA升级笔记

蓝牙测试盒使用部分注意事项

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