تُشكّل لوحات دوائر البلوتوث (PCBs) العمود الفقري للاتصالات اللاسلكية في معظم المنتجات الإلكترونية. صُممت لوحات دوائر البلوتوث خصيصًا بميزات مثل شرائح البلوتوث والهوائيات ومنظمات التردد للتواصل فيما بينها لاسلكيًا. تُمكّن لوحات دوائر البلوتوث الأجهزة من تبادل المعلومات بسهولة ضمن نطاقات قصيرة، بدءًا من منظمات الحرارة الذكية وأساور الصحة ووصولًا إلى مستشعرات الأتمتة الصناعية.
تُمكّن لوحات البلوتوث في المنتجات الاستهلاكية من بث الصوت لاسلكيًا من سماعات الرأس والتحكم الصوتي من مكبرات الصوت الذكية. أما في المنتجات الصناعية، فتُتيح لوحات البلوتوث بث بيانات الآلة في الوقت الفعلي لأنظمة التحكم. تُقلل وحدة مُعتمدة مسبقًا، مُدمجة في لوحة واحدة بشريحة بلوتوث وهوائي وبرنامج ثابت، من تعقيد تصميم منتجات إنترنت الأشياء. كما تُقلل هذه الوحدات المُعتمدة مسبقًا، بفضل سهولة تصميمها، من تعقيد التصميم وتتيح تكاملًا أسرع في منتجات مثل بوابات أتمتة المنزل أو الأجهزة الصحية القابلة للارتداء.
يتضمن تصميم إنترنت الأشياء والأجهزة الذكية تصميمات مثالية للوحات الدوائر المطبوعة بتقنية البلوتوث. يسعى المصممون إلى تصغير الحجم، وتقليل استهلاك الطاقة، وتحقيق أقصى قدر من سلامة الإشارة لتقديم مواصفات الأداء. في لوحات الدوائر المطبوعة للوحة المفاتيح أو لوحات الدوائر المطبوعة لشاشات المراقبة الصحية القابلة للارتداء، تُعطي هذه اللوحات وظائف ومواصفات فيزيائية للإلكترونيات الحالية.
ما هو Bluetooth PCB؟
لوحة البلوتوث هي جهاز إرسال لاسلكي أساسي، يتكون من دوائر متكاملة مترابطة، مسؤولة عن إرسال الإشارات عبر موجات الراديو. من أهم مكونات هذه اللوحات:
● شرائح البلوتوث:معالجة المعلومات وترميزها لإرسالها.
● هوائيات بلوتوث PCB:جهاز الإرسال والاستقبال، عادةً ما يكون عبارة عن آثار أو قطع من السيراميك.
● دوائر التحكم في الطاقة:قم بالتحكم في مستويات الجهد لمنعها من التداخل مع إشارات الراديو.
بدون هذه العوامل الأساسية، لا يمكن توصيل سماعات الرأس اللاسلكية فحسب، بل حتى المستشعرات الذكية، بشكل مستقر. فلسفات التصميم هي: تقليل الضوضاء إلى أدنى حد، ووضع الهوائي الأمثل، وتقليل استهلاك الطاقة إلى أدنى حد، لدعم التشغيل طويل الأمد.
كيف تعمل لوحة PCB الخاصة بالبلوتوث؟
من خلال جعل كل من الأجهزة والبرامج تتناغم بشكل جميل معًا، bلوحات الدوائر المطبوعة بتقنية البلوتوث تجعل الاتصالات اللاسلكية تتدفق بسلاسة. إليكم شرحًا منهجيًا:
●تبدأ شريحة البلوتوث بالعمل أولاً، ثم تُجري بعض الإعدادات، مثل بروتوكولات مثل BLE. ثم تستمر في البحث عن الأجهزة الأخرى القريبة أيضًا.
●تقوم الشريحة بتحويل البيانات الرقمية إلى نبضات موجية راديوية، على سبيل المثال، تحويل الصوت من الهاتف إلى إشارات راديو.
●يصدر هوائي بلوتوث PCB تردد 2.4 جيجاهرتز، وهو نطاق تردد البلوتوث المقبول، وهذه النبضات RF.
●يستقبل الجهاز المرتبط - مثل سماعات الأذن اللاسلكية - إشارات عبر هوائيه، ثم يقوم الشريحة بفك تشفيرها مرة أخرى إلى بيانات قابلة للاستخدام.
●تضمن إشارات الإقرار وصول حزم البيانات كاملة وإعادة إرسال البتات المفقودة.
تتحكم أجهزة شريحة البلوتوث في الاقتران والتشفير وأوضاع الطاقة. على سبيل المثال، في سماعات الرأس، تقضي لوحة دوائر صوت البلوتوث فترات قصيرة متناوبة في وضع الخمول بانخفاض مستوى الطاقة، وكذلك في حالة تدفق البيانات النشط. بينما تعمل مرشحات التردد اللاسلكي على إزالة التداخلات من إشارات البلوتوث والتأكد من عدم اختلاطها بإشارات الشبكة الخلوية أو شبكة Wi-Fi، تساعد دوائر إدارة الطاقة أيضًا في الحفاظ على ثبات الجهد الكهربائي وتوازنه خلال فترات ارتفاع استهلاك الطاقة بشكل حاد.
ما هي وحدة البلوتوث؟
أنواع وحدات البلوتوث
وحدات البلوتوث هي وحدات مُدمجة مسبقًا تتضمن شريحة بلوتوث وهوائيًا وبرنامجًا ثابتًا. تُستخدم هذه الوحدات في تطوير النماذج الأولية لأجهزة إنترنت الأشياء أو الأجهزة منخفضة الطاقة، حيث لا يحتاج المُصنّعون إلى تصميم دوائر تردد لاسلكي من الصفر. على سبيل المثال، قد يستخدم مُنظّم الحرارة الذكي وحدةً لتوفير الوقت اللازم لطرح المنتج في السوق.
صُممت لوحات الدوائر المطبوعة المخصصة بتقنية البلوتوث لتلبية مواصفات الأداء أو الحجم النهائية. تستخدم المنتجات منخفضة التكلفة، مثل لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية بتقنية البلوتوث في مكبرات الصوت اللاسلكية، تصميمات منخفضة التكلفة ومخصصة للتطبيقات. ستحتاج معدات المصانع إلى لوحات مخصصة للعمل في بيئات صعبة أو تتطلب جودة إشارة عالية.
متى تستخدم كل منهما:
●الأقسام :النماذج الأولية، وتطبيقات إنترنت الأشياء ذات الحجم المنخفض، أو المشاريع ذات المعرفة المحدودة بالترددات الراديوية.
●ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصص:الإنتاج الضخم، والتطبيقات الخاصة (على سبيل المثال، لوحات المفاتيح الخاصة بأجهزة الكمبيوتر التي تعمل بتقنية البلوتوث)، أو الآلات ذات التصميمات الصغيرة.
كيف تعمل وحدة البلوتوث؟
شريحة البلوتوث هي وحدة المعالجة المركزية للوحة الدوائر الإلكترونية، وهي المسؤولة عن فك تشفير الإشارات اللاسلكية وتفسيرها. تؤدي هذه الوحدة مهامًا متعددة، بما في ذلك نقل البيانات، ومزامنة الأجهزة، ومعالجة البروتوكولات (مثل بلوتوث منخفض الطاقة). عند اختيار الشريحة المناسبة، يأخذ المهندسون في الاعتبار عددًا من المعايير، بما في ذلك نطاق التشغيل، واستهلاك الطاقة، والتوافق مع إصدارات بلوتوث المختلفة (مثل الإصدارين 5.0 و5.2). على سبيل المثال، تستخدم التقنيات القابلة للارتداء شرائح ذات استهلاك منخفض جدًا للطاقة، بينما تستخدم الأنظمة الصناعية شرائح ذات نطاق أوسع.
دمج الهوائي في لوحات الدوائر المطبوعة بتقنية البلوتوث
يؤثر تصميم الهوائي بشكل مباشر على قوة الإشارة وموثوقيتها. تستخدم لوحات دوائر كهربائية مطبوعة لهوائيات البلوتوث عادةً تقنيتين:
●هوائيات التتبع:آثار نحاسية على اللوحة يتم نقشها مباشرة لأغراض منخفضة التكلفة مثل لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بلوحة مفاتيح البلوتوث.
●هوائيات رقاقة:هوائيات صغيرة يتم تركيبها على السطح وهي الأنسب للأجهزة ذات المساحة المحدودة (على سبيل المثال، سماعات الأذن).
يؤدي وضع الجهاز بعيدًا عن العوائق المعدنية ومطابقة المعاوقة الصحيحة (على سبيل المثال، 50Ω) إلى تقليل فقدان الإشارة إلى الحد الأدنى.
دعم الأجهزة لتحقيق أداء مستقر
●الجهد المنظم توفير مصدر طاقة ثابت لشريحة البلوتوث، وبالتالي تجنب تقلب الجهد الذي قد ينشأ أثناء النقل.
●مرشحات RF:منع الإشارات اللاسلكية الأخرى (الخلوية، Wi-Fi) وبالتالي الحفاظ على سلامة البيانات.
●فصل المكثفات:تجاوز الضوضاء من خطوط الطاقة، وهو أمر مطلوب في لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية عالية التردد التي تدعم تقنية البلوتوث.
يوفر الجمع بين المكونات حلاً وسطًا بين الأداء والكفاءة والموثوقية المناسبة للاستخدام في أجهزة الاستشعار الذكية أو مشغلات الصوت اللاسلكية.
تصنيع PCB بتقنية البلوتوث
وضع خطط للحد من الاضطرابات
يُمكّن التوجيه الدقيق للتتبع من تحقيق سلامة الإشارة الطبيعية. تُوجَّه مسارات التردد اللاسلكي عالية التردد في مقاطع خطية قصيرة لتقليل الانحناءات، وبالتالي التداخل. تُبقي المساحة الكافية المسارات الرقمية بعيدة عن المسارات الحاملة لإشارة التردد اللاسلكي لتجنب التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يُقلل خياطة الفتحات على حافة اللوحة من الضوضاء؛ وتُعتبر المستويات المرجعية الجيدة هي المستويات الأرضية السفلية المؤرضة للهوائي وشريحة البلوتوث. يُحافظ استخدام لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية بتقنية البلوتوث (PCRs) على تباعد المكونات الرقمية والتناظرية ماديًا، ويُقلل تشوه الإشارة الصوتية إلى حد كبير.
تصميم مخططات فعالة للوحات الدوائر المطبوعة لهوائيات البلوتوث
يتم تحقيق أقصى نقل للطاقة من الهوائي إلى شريحة البلوتوث من خلال مطابقة المعاوقة. ونظرًا لمتطلبات ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة، يُقلل خط النقل بعرض 50 أوم من انعكاس الإشارة. تمنع التعشيشات في منطقة خلوص مثبتة على الحافة أو منطقة خلوص تلامس المكونات المعدنية. في لوحات الدوائر المطبوعة للوحة مفاتيح البلوتوث، تُدار هوائيات التتبع المتعرج لتحسين المساحة دون المساس بالمدى. ويؤكد ذلك قياس كفاءة الهوائي على مستوى النموذج الأولي بواسطة محللي الشبكة.
الاتفاقيات الحرارية للوحات الدوائر عالية الكثافة
تُولّد المكونات المُثبّتة بإحكام حرارة، كما هو الحال في لوحات دارات مطبوعة للوحة مفاتيح بلوتوث على اللوحات صغيرة الحجم. إلى جانب مكونات الطاقة الأخرى، تسمح الفتحات الحرارية لمنظمات الجهد بتبديد الحرارة إلى مستوى الأرضي الداخلي. يُعدّ FR-4 من المواد عالية معامل درجة الحرارة المنخفضة (Tg) التي تمنع التشويه. المشتت الحراري للمُضخّم مصنوع من سبائك نحاسية كثيفة مُصنّعة من لوحات دارات مطبوعة لصوت بلوتوث. كما يُغيّر المصممون كثافة التيار في المسارات لمنع حدوث نقاط ساخنة عند الاستخدام المُكثّف.
خطوات تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة بتقنية البلوتوث
إنشاء دائرة لوحة بلوتوث أشبه بإنشاء تحفة فنية، حيث تُراعى أهمية كل خطوة. يجب أن تكون إجراءات الجودة دقيقة للغاية لضمان وضوح الإشارات وتجانسها، والمنتج النهائي يدوم طويلًا.
●اختيار المواد:FR4 شائع الاستخدام في لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية الرخيصة التي تعمل بتقنية البلوتوث، وهي منتجات Rogers الناعمة عالية الجودة المستخدمة في المشاريع المتطورة التي تتطلب تقنية عالية التردد.
●تكديس الطبقات:يتم فصل مناطق الطاقة والترددات الراديوية والمناطق الرقمية عن بعضها البعض باستخدام لوحات متعددة الطبقات لتقليل التداخل.
● النقش هي عملية تجريد طبقات النحاس كيميائيًا لإنشاء مسارات تربط شريحة البلوتوث والهوائي والأجهزة الطرفية.
●حفر الثقوب الدقيقة والثقوب العابرة هو إنشاء مسارات توصيل المكونات المختلفة والمسارات بين طبقات لوحة الدائرة. نقوم أساسًا بقطع اللوحة للحصول على ممرات صغيرة يمكن للأجهزة الكهربائية استخدامها للتواصل مع بعضها البعض.
تُستخدم ركائز روجرز في لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد بتقنية البلوتوث لتوفير خصائص عازلة متساوية وتقليل فقدان الإشارة إلى تردد 2.4 جيجاهرتز. مع ذلك، يتميز FR 4 بأداء جيد يسمح باستخدامه في المنتجات الاستهلاكية، مثل لوحات الدوائر المطبوعة بلوحة مفاتيح البلوتوث، نظرًا لسعره المنخفض جدًا وأدائه الممتاز. ما يجعله فعالًا من حيث التكلفة بشكل عام، بالإضافة إلى كونه مادة رائعة للاستخدام.
لوحة دوائر مطبوعة بتقنية البلوتوث: التجميع وضمان الجودة
مجموعة التركيب السطحي لمكونات البلوتوث
تضع آلات التقاط وتركيب شرائح ومقاومات ومكثفات البلوتوث تلقائيًا على لوحات مطلية بعجينة اللحام. تُلحم أفران إعادة التدفق المعجون، مثبتةً مكونات مثل هوائي البلوتوث ومرشحات الترددات الراديوية على لوحة الدوائر المطبوعة. تُركب أنظمة الرؤية مكونات فائقة الصغر (مثل مكثفات 0201) بالميكرون. هذه العملية مناسبة لتصنيع كميات كبيرة من لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية بتقنية البلوتوث والأجهزة القابلة للارتداء.
اختبار لوحات دوائر البلوتوث
●اختبارات أداء التردد اللاسلكي: تقوم أجهزة تحليل الشبكة بقياس كفاءة الهوائي وقوة الإشارة عبر ترددات البلوتوث.
●التحقق الوظيفي: يتم إقران الأجهزة بالهواتف الذكية أو أجهزة الاستشعار للتحقق من صحة اتساق نقل البيانات.
●اختبار الامتثال: يتم اختبار اللوحات للحصول على الشهادة (على سبيل المثال، معايير Bluetooth SIG) للحصول على موافقة السوق العالمية.
يتم رفض أو إصلاح الوحدات المعيبة. وبالتالي، يحصل العملاء فقط على لوحات دوائر مطبوعة بتقنية بلوتوث تعمل بكامل طاقتها.
تطبيقات لوحة PCB بتقنية البلوتوث
الأجهزة الاستهلاكية: لوحات الدوائر المطبوعة الصوتية بتقنية البلوتوث
تُشغّل لوحات دوائر الصوت بتقنية البلوتوث سماعات الأذن اللاسلكية، ومكبرات الصوت الذكية، وأجهزة السمع. تستخدم سماعات الأذن شرائح بلوتوث صغيرة، وميكروفونات MEMS، وهوائيات على هذه اللوحات لتوصيل الصوت بكفاءة. تستخدم مكبرات الصوت الذكية هياكل متعددة الطبقات لتوفير معالجة صوتية وتوافق مع تقنية Wi-Fi. تستخدم أجهزة السمع لوحات دوائر بلوتوث منخفضة الطاقة للغاية لتوصيل الصوت مباشرةً من الهواتف الذكية لتسهيل وصول المستخدم.
تصاميم لوحة المفاتيح بلوتوث
تُولي لوحات المفاتيح الحديثة بتقنية البلوتوث أهميةً قصوى لكفاءة الطاقة وبيئة العمل. وتتمتع المتحكمات الدقيقة منخفضة الطاقة بعمر بطارية يصل إلى عدة أشهر لكل شحنة. ويتم توجيه تكوينات مفاتيح المقص أو مفاتيح لوحة المفاتيح الميكانيكية للحفاظ على طول تتبع مثالي وتقليل زمن الوصول. وتحتوي بعض الطُرز على مصابيح LED مدمجة أو لوحات لمس، مع اتخاذ احتياطات إضافية لتبديد الحرارة لمنع ارتفاع درجة الحرارة في الواجهات الرقيقة.
الاستخدامات التجارية والسيارات
●تتبع لوحات الدوائر المطبوعة بتقنية البلوتوث في علامات RFID المخزون في المستودعات.
●تتيح اللوحات، بما في ذلك لوحات الدوائر المطبوعة لهوائيات البلوتوث المقاومة للضوضاء، إجراء مكالمات بدون استخدام اليدين وبث الوسائط.
●تستخدم أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية لوحات دوائر بلوتوث قوية لنقل بيانات الآلة إلى المحاور المركزية.
PCBasic's خدمات تجميع PCB بتقنية البلوتوث
تتطلب الأجهزة الطبية القابلة للارتداء، أو إنترنت الأشياء العسكري المتين، لوحات دوائر مطبوعة متخصصة بتقنية البلوتوث. يُعدّل المصممون طبقاتها، وسمك المادة، وموقع الهوائي لتلبية متطلبات الحجم، والطاقة، والصلابة. تُستخدم ركائز متوافقة حيويًا في الأجهزة القابلة للزرع؛ بينما يلزم طلاء مطابق لأجهزة الاستشعار الخارجية.
برنامج خدمة PCVA الكاملة بتقنية البلوتوث
يقدم شريكنا الموثوق به:
نماذج أولية وظيفية لاختبار لوحة الدوائر المطبوعة لهوائي البلوتوث
يتم إجراء الإنتاج الضخم للوحات المفاتيح التي تعمل بتقنية البلوتوث، على سبيل المثال، بواسطة خطوط تجميع الروبوتات في الإنتاج الدفعي.
دعم اختبار الإجهاد، واختبار الترددات الراديوية، وشهادة FCC، وشهادة CE . النتيجةs من اختبارات ما بعد التجميع.
الهدف
تتضمن تقنية الجيل التالي هوائيات كسورية ذات نطاقات أعلى، وبروتوكولات بلوتوث 5.4 منخفضة الكمون، ورقائق بلوتوث فائقة الصغر، مثل حزم 2 مم²، المستخدمة في الأجهزة القابلة للارتداء. كما يمكن للتصاميم الخالية من البطاريات التي تعتمد على تجميع الطاقة الاستغناء عن البطاريات في المستشعرات. ومع ذلك، لمنع فقدان سلامة الإشارة والامتثال للمعايير، تتطلب هذه التصاميم تجميعًا دقيقًا للوحات PCB الخاصة بتقنية بلوتوث. نضمن أن تلبي التصاميم الاحترافية المتطلبات المتطورة للقطاعات الاستهلاكية والصناعية والسيارات.
