nRF5182嵌入式系統(tǒng)智能手環(huán)設計

圖7 LED點陣列控制模塊電路

5.普通馬達模塊

因為馬達的導通電流可能高達100mA，不能通過GPIO直接供電控制(驅動電流不夠)，所以使用一個MOS管作為功率放大電路。串聯(lián)的24歐姆電阻用來調節(jié)馬達震動強度，減少功耗。在0歐姆時，馬達的啟動電流為100mA左右，目前配置的實測電流為36mA。

MOS管輸入端的下拉電阻是保證在重啟瞬間馬達保持靜止，因為芯片上電后引腳為高電平，MOS處于導通狀態(tài)，從而使馬達存在短暫的震動。

圖8 普通馬達模塊控制電路

6.線性馬達控制模塊

線性馬達控制復雜，需要用專用的芯片完成(設計中采用了DRV2605驅動芯片)。芯片與MCU通過I2C總線通信。線性馬達的功能由驅動芯片控制，驅動芯片本身的輸入電壓范圍是2.5V-5.5V。

給驅動芯片的供電電壓，設計中使用的是電池供電，而不是DCDC輸出的系統(tǒng)電壓。

理由是：驅動芯片的工作電壓是使用內部的DCDC完成電壓轉換。假設DCDC轉換效率均為90%，那么使用電池供電，能量效率為90%;使用系統(tǒng)電壓供電，效率為90%*90%=81%。

圖9 線性馬達控制電路

7.電量檢測模塊

電池的電量和電壓有對應關系，系統(tǒng)只要檢測到電池電壓，即可映像成電池剩余電量。

電池電壓在0-4.2V之間變化，經過四分之一的分壓電路，輸出電壓會在0-1.05V之間變化。充分利用了nRF51822的ADC量程0-1.2V，并聯(lián)的電阻用于穩(wěn)定電壓值。

電路如下：

圖10 電量檢測模塊電路

8.外部復位模塊

圖11 外部復位模塊電路

9.充電電路模塊

充電芯片采用了TI的BQ24040，選取該款型號的目的是，能夠向MCU提供是否正在充電(CHG_STATE)和是否插入充電器(PG_STATE)的信息(大多數充電IC不提供后者信息)。充電電流可控，預充電與快速電流比例可控。

目前的參考方案按照18mAh的電池，預充電電流為快速充電電流的40%設計。

圖12 充電電路模塊電路

10.系統(tǒng)電源模塊

為了保證足夠的電源效率，設計使用了高效率，帶輕載優(yōu)化的DCDC芯片TPS62260，而不是傳統(tǒng)的LDO。因為nRF51822內部有LDO，為了提高效率，系統(tǒng)電壓應該越低越好，而馬達的正常工作電壓是3V，白色LED最低工作電壓是2.8V，其他IC的最低系統(tǒng)電壓是1.8V。因此最終確定的系統(tǒng)電壓是2.8V。

電源芯片的選擇：

l 傳統(tǒng)LDO的靜態(tài)功耗有優(yōu)勢，但是輸入-輸出壓差越大，效率越低。電池電壓如果是3.9V，輸出電壓為2.8V，效率為2.8/3.9=71%;

l DCDC靜態(tài)電流大，但是輸入電流在1mA以上時，效率能夠達到90%以上;

圖13 系統(tǒng)電源模塊電路

11.調試接口

圖14 調試接口電路

12.射頻電路

器件之間盡量近，減短走線(1mm走線相當于1nH電感;更長的線會增加對地電容)

不要用過孔(過孔相當于電感)

匹配電路周圍要被GND包裹以減小對地電容

匹配網絡的下方不要走線或者放置器件，造成匹配網絡和參考地之間的一個“黑洞”

建議板厚不超過1.6mm，否則射頻性能會下降

大功率和噪聲源信號走線要與射頻線垂直

LED相比射頻是大功率信號，如果不是外觀設計要求，強烈建議不要像該PCB方案把LED放置在天線附近(雖然PCB中LED走線已經盡量垂直于天線)

圖15 PCB正確走線和等效電路

圖16 智能手環(huán)PCB外形圖

圖四智能手環(huán)結構圖

智能手環(huán)功能實現流程圖

圖八主程序結構流圖