AC791N硬件设计指南20220212

基于AC791N系列芯片硬件设计指南文档版本：V1.0发布日期：2022.02.12版权所有©珠海市杰理科技股份有限公司。保留一切权利。将追究其法律责任。注意由于产品升级或其他原因，本文档内容会不定期更新。本文档内容仅作为AC791N系列芯片硬件设计指南，本文所有陈述不构成任何明示或者暗示的担保。版本说明版本号日期描述V1.02022-02-12原始版本珠海市杰理科技股份有限公司地址：珠海市香洲区南屏镇科兴路333号网址：/目录第1章.芯片简介............................................................................................................................................1第2章.最小系统............................................................................................................................................22.1.电源结构..............................................................................................................错误！未定义书签。2.1.1.DCDC...................................................................................................................................42.1.2.WFVDD14电源和WFVDD33电源.................................................................................................42.1.3.IOVDD电源.................................................................................................................................52.1.4.音频模拟供电............................................................................................................................52.2.晶振电路................................................................................................................................................52.3.FLASH电路.............................................................................................................................................62.4.RF电路...................................................................................................................................................7第3章.外围接口设计建议...................................................................................83.1.摄像头电路...............................................................................................................................83.2.推屏电路................................................................................................................................................83.2.1.MCU_PAP屏幕接口........................................................................................................93.2.2.MCU_EMI屏幕接口....................................................................................................93.2.3.MCU_RGB屏幕接口...................................................................................................................103.2.4.SPI屏幕接口..........................................................................................................................103.3.TF卡电路.............................................................................................................................................113.4.DAC和ADC..................................................................................................................................113.5.ADKEY....................................................................................................................................................11第4章.PCBLAYOUT布局..........................................................................................................................134.1.晶振模块..............................................................................................................................................144.2.Flash模块电路..................................................................................................................................144.3.RTC...............................................................................................................................................154.4.DCDC电路模块......................................................................................................................................154.5.音频模块.............................................................................................................................................164.6.RF射频模块.........................................................................................................................................16第5章.板载天线布局布线.........................................................................................................................18第6章.发射杂散优化处理.........................................................................................................................19第7章.RF静电优化处理217.1.通过天线类型优化RF静电.................................................................................................................217.2.ESD器件优化RF静电.................................................................................................................21

7.3.通过滤波器优化RF静电.....................................................................................................................22

7.4.通过板级LAYOUT处理优化静电.........................................................................................................22

第8章.EMC优化处理23第1章芯片简介/第1章.芯片简介AC791N系列芯片（梧桐二代）集成WiFi802.11b/g/n以及双模蓝牙V2.1到V5.0组合的音视频多媒体系统级SOC。其集成了主频高达320MHz的双核浮点DSP等为各类方案提供了强大的运算能力；支持单天线20MHz频宽WiFi802.11b/g/nAP和STA各种通讯模式，同时提供ADC/DAC/ISC/推屏等丰富的音视频处理资源，通过自带PMU模块可提供多种低功耗工作模式，可使用LDO和DCDC供电模式满足工作方案的供电管理需求，并且提供了USB、10Bit_ADC、I2C、SPI、SDIO、Q-decoder、系列芯片可适用于高性能音视频处理的智能设AC791N的芯片框图如图1.1所示。图1.1AC791N芯片框图1/23第2章最小系统/第2章.最小系统AC791N系列包含多个不同的封装型号，本文以AC7916A系列各封装型号可参照AC7916A硬件设计要点进行设计（其他封装型号信息请参照对应的硬件规格书）。AC7916A的最小系统包含电源系统、时钟电路、FLASH电路、RF电路等，其原理图如图2.1所示。图2.1AC7916A最小系统原理图2/23第2章最小系统/2.1.系统供电AC791N系列芯片的供电如图2.2VBAT芯片内部电源模块产生。图2.2电源结构图芯片各电源属性说明如表2.1所示。表2.1电源属性表电源电源属性最小典型最大单位走线宽度说明VBAT系统主电源(I)2.23.75.5V≥25mil外接电池（自带ADC,可检测电池电压）由芯片内部LDO产生；外部负载不大时，IOVDDIO逻辑电源(I/O)2.13.33.5V≥15mil可给外部供电，外部带载电流约100mA；IOVDD也可由外部+3.3V供电AHVDD音频模块电源(I)2.13.33.5V≥12mil固定接芯片IOVDDDACVDD音频模块电源(O)-3.0-V≥10milDAC模块电源，可给外部模拟麦供电RTCVDD时钟模块电源(I)2.23.03.5V≥10mil接纽扣电池或接到IOVDDWFVDD33ARF模块电源(I)2.13.33.5V≥20mil支持3.3V-3.6V3.3V/500mAWFVDD14RF模块电源(I)1.21.41.55V≥15mil接到DCVDD14DVDD系统内核电源(O)0.871.21.32V≥10mil由芯片内部产生，需外挂旁路滤波电容与SW开关信号、功率电感和滤波电容DCVDD14内部电源(I)1.21.41.55V≥12mil组成DCDC降压电路SFGATFLASH电源（O）2.1IOVDD3.5V≥12mil芯片内部供给外部FLASH电源SDGATTF卡电源（O）2.1IOVDD3.5V≥12mil芯片内部供给外部TF卡电源SWDCDC降压电路(O)-1.4-V≥15mil由SW备注电源属性中，I表示需外供输入，O表示由芯片输出3/23第2章最小系统/电源系统Layout设计注意事项：所有电源的去耦电容应靠近芯片对应管脚放置，在靠近电容地附近放置适当的接地过孔，保证去耦电容地与芯片衬底（底PAD）有尽量短的回路。2.1.1.DCDC电路芯片内置DCDC图2.310uH的绕线功率电感（额定电流建议选用大于500mA的）。PIN40（VBAT）为DCDC降压电路的电源输入口，预留两颗滤波电容。斩波信号经外部LC电路后产生1.4V，供给DCVDD14（DCVDD14兼顾DCDC反馈功能）。1.4V也WFVDD14使用，通过电阻连接，R13默认为0欧姆电阻，必要时可贴磁珠改善WFVDD14电源质量。图2.31.4VDCDC外部电路图2.1.2.WFVDD14电源和WFVDD33电源WFVDD14RFPCB空间允许情况下可预留多个滤波电容位置。PIN2（WFVDD14）、PIN75（WFVDD14）分别预留两颗滤波电容。WFVDD33电源是RF模块PA电源，其电源质量同样直接影响RF质量。PIN76（WFVDD33）预留两颗滤波电容，通过电阻连接到外部3.3V，必要时贴上磁珠避免WIFI工作时影响外部3.3V电源质量，该部分设计原理图如图2.4所示。图2.4WFVDD14和WFVDD33A供电电路图4/23第2章最小系统/2.1.3.IOVDD电源IOVDD是GPIOLDOGPIO负载较大时，应由外部3.3V给IOVDD供电。2.1.4.音频模拟供电AC7916A的PIN64（AHVDD）是音频模拟电路的供电管脚。如图2.5所示，默认由IOVDD串电阻供电，必要时可以将1R电阻替代为磁珠以改善音频模拟供电质量。Pin63（HPVSS）是模拟地，通过1R电阻或者磁珠HPVSS进行滤波。PIN61（DACVDD）是由AHVDD产生的电源，可用于外部模拟麦供电，供电电右。图2.5模拟音频电路图2.2.晶振电路AC791N支持24M/40M无源晶振。通过修改软件配置更改晶振类型。通常采用24M型要求如表2.2所示。晶振预留匹配电容位。芯片内部设计有可调节电容，通过调用wfrf_set_xosc（寄存器值，寄存器值）函数调节内部匹配电容大小,电路图如图2.6低，调小电容值，频率增高。调节内部电容不能将频偏调到合适的±30K内，就需要焊接外部的匹配电容进行调节。表2.2晶振选型要求晶振频率24/40MHz晶振精度±10ppm负载电容12pF5/23第2章最小系统/图2.6晶振电路图AC791N某些封装包含RTC32.768K表2.3所图2.7电容选择。表2.3RTC晶振选型要求晶振频率32.768KHz晶振精度±10ppm负载电容12.5pF图2.7RTC电路图2.3.FLASH电路AC791NSPI-Flash可由芯片SFGAT脚供电，如部分芯片无SFGAT脚，可由+3.3V给Flash供电。靠近FLASH端，时钟线预留滤波电容，减少时钟信号谐波。原理图如图2.8所示。为预防EMC问题，Flash数据和时钟线，串联0欧姆进行预留设计，必6/23第2章最小系统/要时串33欧姆电阻或磁珠来减少EMC问题。图2.8FLASH参考电路原2.4.RF电路通常RF馈线预留一级天线匹配电路，靠近天线放置。匹配电路前级和后级走线都需按50欧姆馈线设计,电路图如图2.9所示。如果需过认证，可靠近主控放置滤波器。PIN1-WFRF是芯片抗静电最薄弱的IO，需做一定静电防护措施。板载倒F天线由于天线馈线接地，一般不用专门设计静电保护电路；如果是外置天线，为提高抗静能力，可在靠近天线端预留静保护电路，详细见静电及EMC处理章节。图2.9RF射频馈线电路图7/23第3章外围接口设计建议/第3章.外围接口设计建议AC791NGPIOAC791N系列对应芯片的硬件规格书。外围详细的设计原理图请参照对应方案的参考原理图。本文在此仅就AC7916A几种重要的外围接口原理图设计及LAYOUT设计注意事项进行说明。3.1.摄像头电路AC7916A可同时支持两组DV_Sensor接口，接口定义如表3.1所示。PA口仅支持Sensor0A接口，PC口支持Sensor0B接口和Sensoor1A接口。同一组Sensor接口，A接口和B接口只能择其中一个使用，不支持A口和BPA口使用了Sensor0时,PC口的Sensor0就不后文屏幕接口也是同样情况。Sensor时钟信号SEN_XCLK可由芯片任一GPIO配置为时钟提供XCLK和SEN_PCLK时钟设计时分别预留RCSEN_XCLK的RCR贴上的RC滤波电路靠近Sensor端放置，必要时贴上100Ω。表3.1DVP_SensorIO分配表Sensor0Sensor0Sensor1Sensor0_D0_ASensor0_D0_BSensor1_D7_ASensor0_ASensor0_D1_BSensor1_D6_ASensor_D2_ASensor0_D2_BSensor1_D5_ASensor0_D3_ASensor0_D3_BSensor1_D4_ASensor0_D4_ASensor0_D4_BSensor1_D3_ASnsor0_D5_ASensor0_D5_BSensor1_D2_AP6Sensor0_D6_ASensor0_D6_BSensor1_D1_ASensor0_D7_ASensor0_D7_BSensor1_D0_ASensor0_CLK_ASensor0_CLK_BSensor1_CLK_ASensor0_SYNC0_ASensor0_SYNC0_BSensor1_SYNC0_APA10Sensor0_SYNC1_ASensor0_SYNC1_BSensor1_SYNC1_A备注：Sensor_CLK接摄像头SYNC0和SYNC1可灵活配置成摄像头的SEN_HSYN或SEN_VSYN3.2.推屏电路AC791N设计有多种推屏方式，由于不同封装芯片推屏接口不一致，推屏电路部分按AC791N全系列芯片进行统一说明，开发者根据具体芯片的管脚分布，选择其中一种推屏方式进行设计。AC791N主要推屏方式包含320*240@30fps或阐述四种推屏方式的硬件接口。8/23第3章外围接口设计建议/3.2.1.MCU_PAP屏幕接口AC791N系列芯片支持PAP的8080IO表3.2所示的5种PAPWR接屏幕的WR接口,屏幕端的RD可根据实际情况接芯片RD或者进行上下拉处理。表3.2MCU_PAP推屏接口PAP_低8位A接口PAP_低8位B接口PAP_16位PH0D0PH0D0PH0D0PH1D1PH1D1PH1D1PH2D2PH2D2PH2D2PH3D3PH3D3PH3D3PH4D4PH4D4PH4D4PH5D5PH5D5PH5D5PH6D6PH6D6PH6D6PH7D7PH7D7PH7D7PE0D8D9D10PAP_高8位A接口PAP_高8位B接口PC1D8PE2D8PC2D9PE3D9D13D10PE4D10D14D11PE5D15D12PE6D1D13PE7D13D14PE8D14D15PE9DPE0P03.2.2.MCU_EMI屏幕接口AC791N系列芯片支持EMI的8080IO表3.3所2种EMI推屏接口方式。其中芯片的WR接屏幕的WR接口。表3.3MCU_EMI推屏接口EMI_8位EMI_16位D0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7PE2D8PE3D9PE4D10PE5D11PE6D12PE7D13PE8D14PE9D159/23第3章外围接口设计建议/3.2.3.MCU_RGB屏幕接口AC791N系列芯片支持RGB屏幕接口。根据不同芯片封装IO的不同，共有如表3.4所示的4种RGB666推屏接口方式。其中PC8/PC9/PC8/PH3PA8/PA9/PA8/PH3可灵活配置为HSYNC/VSYNC/DCLK/DE。表3.4RGB6666BIT推屏接口RGB666高6位A接口RGB666低6位A接口RGB666高6位B接口RGB666低6位B接口D2D0D2D0D3D1D3D1D4D2D4D2D5D3D5D3D6D4D6D4D7D5D7D5HSYNCHSYNCPA10HSNCVSYNCVSYNCPH3DEPH3DEPH3DEPH3根据不同芯片封装IO的不同，有表3.5所示的2种RGB888推屏接口方式。表3.5RGB8888BIT推屏接RGB8888位A接口RGB8888位D0D0D1D1D2PAD2D3D3D4D4D5D5DD6D7D7HSYNCHSYNCP9VSYNCVSYNCPH3DEPH3DE3.2.4.SPI屏幕接口AC791N系列芯片拥有3组SPI接口，其中SPI1和SPI2接口可用作推屏，支持单线和双线模式推屏。SPI推屏接口如下表36所示。同SENSOR部分一样，同一组SPI的A和B接口，不能同时使用。表3.6SPI屏幕接口SPI1单线接口SPI1双线接口SPI2单线接口SPI2双线接口SPI1_ASPI1_ASPI2_ASPI2_ADIPH0PH0DOPH1DOPH1DODOPH2DISPI1_BSPI1_BSPI2_BSPI2_BDIUSBDP_APG15DIDOUSBDM_ADOUSBDP_ADOUSBDM_ADO10/23第3章外围接口设计建议/3.3.TF卡电路AC791N系列芯片拥有多组SDIO接口,支持单线或者四线模式，具体IO分配见对应封装的硬件规格书。其中TF卡电路图如图3.1所示。四线模式在单线模式基础上，增加D1/D2/D3三个数据管脚，提高数据量。TF卡供电可由芯片的SDGAT管脚提供，AC791N系列一些封装没有SDGAT引脚的，可由3.3V提供电源。外部供电源和TF卡电源SD_VDD之间设计预留一个电阻并放置在TF卡端，形成RC滤波电路，保证WIFI工作时TF卡的供电质量。图I单线模式图II四线模式图.1TF卡电路图3.4.音频DAC和ADCAC791N是集成高信噪比音频功能的射频芯片，在音频设计时部分需注意音频的抗干扰设计，否则会出现杂音等问题。主要从音频部分的供电电源、模拟地处理、走线布局三个方面去做抗干扰设计：①AHVDD是音频模拟部分的供电电源，通过小电阻或者磁珠（不可省略）固定接芯片的IOVDD进行供电；②AGND是模拟地，走线需尽量加粗，避免板边走线，不要和高速信号并行走线，最后在电池端或者干净的地平面处通过小电阻或磁珠（不可省略）接地；③DAC和麦线路尽量按差分对进行设计走线，如果接口不够也可按单端设计，不管DAC和麦是单端还是差分设计，走线尽量用AGND包地处理，同样避免板边走线，远离高速信号线。3.5.ADKEYAC791N支持10BitADC（A/D转换器），一个具有ADKEY功能的IO可支持多个物理按键。ADKEY的上拉电源设计为IOVDD。为避免串键，设计识别电平需间隔0.3V以上，ON/OFF键固定按照0V电平设计。ADKEY的参考电路图如图3.2所示。/23第3章外围接口设计建议/图3.2ADKEY参考电路图12/23第4章PCB布局/第4章.PCBLAYOUT布局本章从AC7916A最小系统布局，讲述AC791N系列芯片LAYOUT布局要点，其他封装芯片类似。AC7916A最小系统整体LAYOUT布局如图4.1所示。图4.1最小系统4LAOUT布局图各模块逆时针分布如下，下文接下来分模块阐述各模块LAYOUT注意要点。①晶振模块；②FLASH模块；③RTC时钟模块；④DCDC模块；⑤音频模块；⑥RF射频模块13/23第4章PCB布局/4.1.晶振模块此位置为24Mhz晶振，精度要求±10ppm以内，需预留晶振匹配电容位，并且靠近主控芯片放置，晶振的稳定性直接影响RF3225封装的晶振），晶振走线包地处理，LAYOUT布局参照图4.2。图4.2晶振电路布局走线参4.2.Flash模块电路Flash靠近主控放置，其时钟线做好包地屏蔽，避免干扰到其他敏感信号。为避免产生严重的EMC问EMC033欧姆电阻或磁珠减少EMC问题，LAYOUT布局参照图4.3。图4.3FLASH布局走线参考14/23第4章PCB布局/4.3.RTC模块图4.4为RTC晶振模块布局图，此位置为32.768kHz晶振，精度要求±10ppm以内，需预留晶振匹配电容位，并且靠近主控芯片放置。晶振走线作包地处理。图4.4RTC电路布局走线参考4.4.DCDC电路模块图4.5中黄色方框标识部分为1.4V的DCDSW管脚放置以确保短PGND管脚连接尽量短且最终连回芯片衬底。由于WFVDD14是由该1.4V供电，其电源质量直接影响到RF的性能。电感中间禁止铺铜，避免电感的电磁干扰到地平面。图4.5DCDC电路布局走线参考15/23第4章PCB布局/4.5.音频模块图4.6音频部分电路布局图，音频相关电源（AVDDHP、DACVDD、VCOM）的去耦电容需靠近芯片放置，同的参考地需单独连接到芯片AGND在靠近功放端接到电源地（AGND布线需尽量加粗）。AC791N系列芯片是集成大功率射频模块和音频模块的多功能芯片。在音频部分的LAYOUT处理上需注意3.4DAC走线注意用AGND包地处理并远离板边和高速信号线，若是差分设计，严格按差分规则走线。图4.6模拟音频布局走线参考4.6.RF射频模块图4.7及WFVDD33IO放置两颗滤波电容，其电容地与芯片衬底(底面积受限情况下首选0201封装电容。芯片下方和馈线下方的地需保证完整性。RF馈线需作50欧姆阻抗设计，最靠近馈线下方需至少保证一层地平面完整性，以保证馈线阻抗的连续性。馈线两边均匀打过孔，附近地通过适当数量的过孔连接，保证地的完整性。匹配电路中，如图4.7中黄色方框所示，两落地电容位于馈线两侧，并用过孔在最底层接地（过孔不在TOP层、中间层接地），以此提高匹配电路的谐波抑制能力。四层板布局建议：1.信号层；2.完整地平面；3.电源层；4.信号层。需注意的是，四层板WFVDD14走线可按照图4.7所示，馈线两边的WFVDD14可通过第3层连接。16/23第4章PCB布局/图4.7四层板RF电路布局走线WFVDD14走线可按照图4.8所示，馈线两边的WFVDD14可通过芯片底部TOP层走线连接。图4.8二层板RF电路布局走线参考17/23第5章板载天线布局布线/第5章.板载天线布局布线1.板载天线Layout8-10mm阻焊油墨以防止氧化，同时要保证天线附近没有任何金属器件（如：喇叭磁铁、电池、金属插座、按键、布线、螺丝等），需保证芯片及天线附近下方铺地平面的完整性(以此保证馈线特征阻抗的连续性)，各层地平面多用过孔连接，如图5.1所示。图5.1板载天线LAYOUT布局示意图2.微带馈线布线如图5.2所示，芯片与天线之间的微带馈线应做50Ω阻抗匹配。布线线宽一般不小于匹配电感电容的焊盘宽度（电容电感建议选用0402封装）。为保证天线馈线为接近50Ω阻抗，微带馈线在双面板的LAYOUT宽度一般取0.127~0.15mm（借助工具计算调整或者最好让PCB生产厂家进行调整）。馈线应走短直线，对于无法避免的拐角走线需做圆滑处理，馈线下方务必完整铺地，且两边均匀打接地过孔，以保证RF微带馈线阻抗的连续性。图5.2板载天线LAYOUT布局示意图3.机与量产机器一致再进行阻抗匹配，硬件改板后需要重新匹配。18/23第6章发射杂散优化处理/第6章.发射杂散优化处理发射杂散最为有效的优化处理办法是增加滤波电路或滤波器。1.发射杂散主要为二次谐波、三次谐波等谐波，可在原天线匹配电路基础上增加低通滤波电路，如图6.1所示，滤波电路的参考取值（C1为0.8pF、L1为为0.8pF），可根据实际情况进行参数的调整；天线匹配电路的取值（C4、L2、C5的数值）需根据天线的阻抗匹配来定；而C3为滤波电路与天线匹配电路的连接电容（C3一般取值为10~20pF），便于调试及测试，可根据LAYOUT空间决定是否预留。图6.1组合滤波器馈线设计示意图2.滤掉二次、三次等高次谐波除了可以使用上面的滤波电路外还可使用图6.2所示（滤波器为低通滤波器），低通滤波器的优点：在较低的插入损耗下同时可保证对高次谐波的过滤，且滤波器占PCB的面积较小。图6.2集成滤波器馈线设计示意图3.BPF(带通滤波器)去处理，图6.2所示（滤波器为带通滤波器），且带通滤波器可提升芯片RF端的抗静电能力。19/23第6章发射杂散优化处理/备注：①滤波器选型需关注的参数（插入损耗/InsertionLoss、回波损耗/ReturnLoss、衰减/Attenuation）②RF馈线上相关的电容选型（Ⅰ类陶瓷C0G材质，电容量精度尽可能选高一些）③RF馈线上相关的电感选型（叠层型/薄膜型高频电感，电感量精度尽可能选高一些）20/23第7章RF静电优化处理/第7章.RF静电优化处理抗静电能力可以从“防”、“堵”和“疏”三个方面来处理优化“防”：主要是指在芯片运输、贴片和装机过程中做好静电的防护措施，将生产过程中的静电水平严格控制好，避免生产过程导致的静电损坏。“