從無線人體工學鍵盤到免提耳機,藍牙技術從根本上改變了我們的工作和娛樂方式。所有藍牙技術都可以立即與任何支持藍牙的設備配對,無需冗長的程序。只有一個小問題,有時這些藍牙設備會被其他技術所干擾。在本文中,我們將深入了解為什么會出現這種情況,并提出一些建議,盡可能讓藍牙設備保持良好狀態。
為了在設備之間進行通信,藍牙會通過2.4GHz無線電頻率發送信號,如下圖所示,藍牙通信信道(頻率)分布在2402MHz至2480MHz。
從理論上講,如果設備設計合理,藍牙技術之間的干擾應該相對較少,因為它們的信號相對較弱,覆蓋距離較短。此外,當今的大多數藍牙技術都使用所謂的擴頻跳頻技術。也就是說,它們在上述圖示頻率范圍內隨機選擇70個頻率之間輪換,每秒變化1600次。這使得兩臺設備不太可能共享相同的頻率。即使共享,也不會持續很長時間。有部分藍牙技術還采用了所謂的 AFH 技術,該技術可以識別“壞”信道(即已在使用的信道)并觸發切換。
除了藍牙技術之間干擾,更多的無線干擾問題可能來自使用相同頻率的技術。Wi-Fi 可能是最大且最成問題的例子,其他無線ZigBee、Thread技術設備等等也是如此,它們可能會相互干擾。如下圖所示,幾種主要2.4GHz通信技術信道(頻率)分布。
從上圖也可以看出,他們的工作頻段確實存在重疊,一個20MHz的Wi-Fi信道中的信號可能會對10個藍牙BR/EDR信道中的信號產生干擾。Wi-Fi設備通常工作在一個固定的信道上,工作在同一信道上的設備會以競爭的方式使用該信道。一個Wi-Fi信道中的Wi-Fi信號可能時斷時續,也可能一直被占用。
藍牙采用跳頻技術,按照約定的隨機序列,以每秒1600次的頻率從一個信道跳轉到另一個信道。藍牙設備在一個信道中收發數據固定時間(625us),然后跳轉到另一個信道,此時藍牙所有信道都可能被使用。顯然,從Wi-Fi和藍牙的技術實現來看,相鄰的Wi-Fi和藍牙設備可能會出現信號重疊的情況,也就是可能會產生干擾。
由于藍牙采用跳頻技術,其信號不會長時間停留在一個Wi-Fi信道中,因此這里的相互影響不會持續很長時間。
信號受到干擾怎么辦?
在日常藍牙使用中,如果你已經受到干擾,建議先消除所有物理障礙。某些建筑材料會阻礙較弱的信號,例如金屬、防彈玻璃、混凝土等等。因此,如果真的難以應對干擾,第一步應該是將藍牙設備遠離這些材料,而且絕對不能有金屬遮擋,這將有助于提升藍牙通信質量。
其次,如果藍牙不斷受到Wi-Fi干擾,請嘗試重新啟動路由器。重新啟動后,路由器將搜索新頻道,從而與藍牙設備處于不同的頻道。當然,部分路由器可能需要主動進入路由器設置頁面并嘗試手動更改頻道并驗證,看看哪個效果最好。
當然,如果你是一名更深入的無線系統開發工作者,需要用到藍牙模塊等無線產品來構建設備與系統,就需要考慮更多因素。
模塊整體布局時,藍牙模塊要盡量遠離DDR、HDMI、USB、LCD電路以及喇叭等易干擾模塊或連接座。藍牙模塊布局時應該優先考慮避開晶體電路,遠離干擾源,晶體走線盡可能的短,時鐘信號需要全程包地處理。
藍牙模組供電布局時,請注意電源走線經電感出來后,先經過電容,再進入模組電源管腳,模組下方第一層保持完整的地,不要有其他信號走線。如果實在是元器件密集,可以在藍牙模塊周圍使用金屬屏蔽罩、金屬蓋子或金屬屏蔽片來加強電磁屏蔽,減少干擾的入射和輻射。
屏蔽罩
最后是考慮藍牙模組的天線布局,天線匹配電路必須靠近天線座,天線走線50歐姆(根據實際疊層情況可以做隔層參考),保證參考地的完整,下方不允許有其他信號線或電源,如果是天線放置位置在板外時,PCB板載天線三面避空在5mm以上,以減少對射頻性能的影響。天線放置位置在板內時,PCB板載天線下方和周圍應挖空5mm以上,以避免其他元器件對天線的干擾。
阻抗匹配
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