NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模塊深度解析

在物聯(lián)網(wǎng)與無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，UWB（超寬帶）與Bluetooth LE（低功耗藍(lán)牙）技術(shù)的融合為各類智能設(shè)備帶來了更強(qiáng)大的功能和更廣闊的應(yīng)用前景。今天我們就來深入探討一下Murata公司推出的NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模塊。

文件下載：Murata 2DK型UWB，BLUETOOTH? LE組合模塊.pdf

一、模塊概述

該模塊的初步規(guī)格編號為SP - ZZ2DK - WEB - VERSION，設(shè)計名稱為Type2DK，有兩個暫定的產(chǎn)品編號，分別是LBUA2ZZ2DK - SMP和LBUA2ZZ2DK - EVK。此規(guī)格書于2023年10月10日首次發(fā)布，需要注意的是，規(guī)格可能會由Murata公司在不另行通知的情況下進(jìn)行更改。

二、關(guān)鍵特性

2.1 核心芯片

• 主芯片組合：采用UWB的NXP SR040和集成MCU + Bluetooth LE的NXP QN9090，這種組合使得模塊在超寬帶定位和低功耗藍(lán)牙通信方面都具備出色的性能。

  2.2 標(biāo)準(zhǔn)兼容性

• UWB標(biāo)準(zhǔn)：符合IEEE802.15.4z HRP PHY標(biāo)準(zhǔn)，確保了UWB通信的高效性和穩(wěn)定性。
• 藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)：支持Bluetooth LE 5.0，提供了低功耗、高速率的藍(lán)牙通信能力。

  2.3 頻段支持

• UWB頻段：支持UWB的Ch5和9頻段，為不同的應(yīng)用場景提供了更多的選擇。

  2.4 物理特性

• 尺寸：表面貼裝類型，典型尺寸為19.6 x 18.2 mm，最大高度為2.3 mm，小巧的尺寸適合各種小型設(shè)備的集成。
• 重量：僅1.296 g，對設(shè)備的整體重量影響極小。
• MSL：MSL等級為3，具有較好的防潮性能。
• 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)：符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保無污染。

三、訂購信息

• LBUA2ZZ2DK - SMP：這是產(chǎn)品的訂購編號，適用于批量訂單。
• LBUA2ZZ2DK - EVK：為評估套件，方便工程師在產(chǎn)品開發(fā)初期對模塊進(jìn)行測試和評估。

四、模塊框圖

模塊的框圖展示了其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和各個部分之間的連接關(guān)系，這對于理解模塊的工作原理和進(jìn)行電路設(shè)計非常有幫助。雖然文檔中提供了框圖的圖片，但具體的電路細(xì)節(jié)還需要結(jié)合相關(guān)的技術(shù)資料進(jìn)行深入分析。

五、認(rèn)證信息

5.1 無線電認(rèn)證

• 美國：獲得了FCC ID認(rèn)證，編號為VPYLB2DK，這表明該模塊符合美國聯(lián)邦通信委員會的相關(guān)規(guī)定，可以在美國市場合法銷售和使用。
• 加拿大：IC編號為772C - LB2DK，滿足加拿大的無線電認(rèn)證要求。
• 歐洲：準(zhǔn)備了EN300328和EN302065的傳導(dǎo)測試報告。其中，EN300328的測試報告適用于客戶的最終產(chǎn)品，而EN302065的測試報告僅供參考，不適用于最終產(chǎn)品。
• 日本：獲得了日本的類型認(rèn)證，編號為003 - 220243。

六、尺寸、標(biāo)記和端子配置

6.1 尺寸參數(shù)

文檔中詳細(xì)列出了模塊各個部分的尺寸及公差，例如長度為19.6 +/- 0.2 mm，寬度為18.2 +/- 0.2 mm等。這些精確的尺寸信息對于PCB設(shè)計和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，工程師在設(shè)計過程中需要嚴(yán)格按照這些尺寸進(jìn)行布局，以確保模塊能夠正確安裝和使用。

6.2 標(biāo)記含義

模塊上的標(biāo)記具有特定的含義，如A表示模塊類型，B表示批次號，C表示序列號等。了解這些標(biāo)記的含義有助于在生產(chǎn)和使用過程中對模塊進(jìn)行管理和追溯。

6.3 端子配置

文檔中提供了模塊的端子配置圖和詳細(xì)的引腳分配表，這對于電路連接和信號傳輸?shù)脑O(shè)計非常關(guān)鍵。工程師需要根據(jù)這些信息正確地將模塊與其他電路元件進(jìn)行連接，以實現(xiàn)模塊的各項功能。

七、模塊引腳描述

7.1 引腳分配

模塊共有127個引腳，文檔中詳細(xì)列出了每個引腳的編號和名稱。其中，有許多引腳為GND（接地）引腳，這有助于保證模塊的電氣穩(wěn)定性。此外，還有一些引腳用于調(diào)試、通信、電源供應(yīng)等功能。

7.2 引腳詳細(xì)說明

對于每個引腳，文檔都給出了其類型、連接對象、與IC引腳的對應(yīng)關(guān)系以及詳細(xì)的描述。例如，SR_SWDIO引腳用于SR040的串行線調(diào)試數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)部有上拉電阻；VDD_3V3_MCU引腳為QN9090提供3.3V的電源等。在設(shè)計電路時，工程師需要根據(jù)這些詳細(xì)信息正確地使用每個引腳，避免出現(xiàn)連接錯誤或功能異常的情況。

八、絕對最大額定值

8.1 存儲溫度

模塊的存儲溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，在這個溫度范圍內(nèi)，模塊能夠保持其物理和電氣性能的穩(wěn)定性。如果超出這個溫度范圍，可能會導(dǎo)致模塊的性能下降或損壞。

8.2 電源電壓

• VDD_3V3_MCU：最大電源電壓為3.6V，超過這個電壓可能會損壞QN9090芯片。
• VDD_BUF 和 VBAT_IO：最大電源電壓也為3.6V，在設(shè)計電源電路時，需要確保提供的電壓在這個額定值范圍內(nèi)。

需要注意的是，超過絕對最大額定值可能會對模塊造成永久性損壞，因此在使用過程中必須嚴(yán)格遵守這些參數(shù)。

九、工作條件

9.1 工作溫度范圍

模塊的工作溫度范圍為 - 30°C至 + 85°C，典型工作溫度為 + 25°C。在不同的工作溫度下，模塊的性能可能會有所變化，因此在設(shè)計產(chǎn)品時需要考慮實際的使用環(huán)境溫度，確保模塊能夠在合適的溫度范圍內(nèi)正常工作。

9.2 電源電壓

• VDD_3V3_MCU：工作電壓范圍為1.9V至3.6V，在這個范圍內(nèi)，QN9090芯片能夠正常工作。
• VDD_BUF 和 VBAT_IO：工作電壓范圍為1.9V至3.6V，但在1.9V至2.4V之間時，UWB芯片組的Tx PA峰值功率不得高于9dBm，以保證模塊的正常工作和性能穩(wěn)定。

  9.3 數(shù)字I/O要求

  文檔中詳細(xì)列出了QN9090芯片GPIO引腳的各種電氣特性參數(shù)，如內(nèi)部上拉電阻、下拉電阻、輸入輸出電壓等。這些參數(shù)對于設(shè)計數(shù)字電路和與其他設(shè)備進(jìn)行接口連接非常重要，工程師需要根據(jù)這些參數(shù)正確地設(shè)計電路，確保信號的正確傳輸和處理。

十、系統(tǒng)電源狀態(tài)和電源序列

10.1 SR040的狀態(tài)圖和電源模式

SR040具有不同的電源狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，文檔中提供了相應(yīng)的狀態(tài)圖。了解這些狀態(tài)和轉(zhuǎn)換關(guān)系有助于優(yōu)化模塊的電源管理，降低功耗，提高電池的使用壽命。

10.2 電流限制器

電流限制器主要用于使用硬幣電池供電的應(yīng)用場景，通過限制IC的最大電流來減少電池的壓力，延長電池的使用壽命。電流限制值可以通過軟件進(jìn)行配置，這為不同的應(yīng)用需求提供了靈活性。

10.3 上電序列

文檔中給出了模塊的上電序列圖，正確的上電序列對于模塊的正常啟動和工作至關(guān)重要。工程師在設(shè)計電源電路時，需要按照這個上電序列來控制電源的供應(yīng)，避免出現(xiàn)上電異常的情況。

十一、接口

11.1 USART主設(shè)備時序

文檔中列出了USART主設(shè)備的時序參數(shù)，如數(shù)據(jù)建立時間、數(shù)據(jù)保持時間、數(shù)據(jù)輸出有效時間和SCLK頻率等。這些參數(shù)對于設(shè)計與模塊進(jìn)行USART通信的主設(shè)備電路非常重要，需要確保主設(shè)備的時序與模塊的要求相匹配，以實現(xiàn)穩(wěn)定的通信。

11.2 USART從設(shè)備時序

同樣，文檔也給出了USART從設(shè)備的時序參數(shù)，這些參數(shù)用于設(shè)計作為從設(shè)備與模塊進(jìn)行通信的電路。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的通信需求和設(shè)備配置來選擇合適的主從設(shè)備模式，并確保時序的一致性。

十二、參考電路

文檔中提供了模塊的參考電路，這為工程師進(jìn)行電路設(shè)計提供了一個基本的框架。參考電路展示了模塊與其他電路元件的連接方式和典型的電路參數(shù)，工程師可以根據(jù)實際的應(yīng)用需求對參考電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化。

十三、編帶包裝

13.1 編帶尺寸

編帶采用塑料材質(zhì)，文檔中詳細(xì)給出了編帶的尺寸參數(shù)，如內(nèi)部腔體的角和棱半徑最大為0.3mm，鏈輪孔10個間距的累積公差為 +/- 0.15mm等。這些尺寸信息對于編帶的生產(chǎn)和使用非常重要，確保編帶能夠正確地容納和保護(hù)模塊。

13.2 卷盤尺寸

文檔中提供了卷盤的尺寸圖和相關(guān)參數(shù)，卷盤的尺寸設(shè)計需要考慮編帶的長度和容納量，以及在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的便利性。

13.3 編帶圖

編帶圖展示了模塊在編帶中的排列方式和定位方法，這對于自動化生產(chǎn)線上的貼裝設(shè)備非常重要，確保模塊能夠準(zhǔn)確地被拾取和貼裝到PCB上。

13.4 帶頭和帶尾

文檔中說明了帶頭和帶尾的相關(guān)要求，如帶頭和帶尾的長度、連接方式等。帶頭和帶尾的設(shè)計需要考慮編帶在卷盤上的安裝和拆卸，以及在生產(chǎn)過程中的自動化操作。

13.5 其他要求

編帶必須順時針纏繞，進(jìn)料孔在拉向用戶時位于右側(cè)；覆蓋帶和基帶在無元件區(qū)域至少250mm內(nèi)不粘連；覆蓋帶的撕裂強(qiáng)度最小為5N；包裝單元為每卷500個；編帶和卷盤都進(jìn)行了防靜電處理；剝離力最大為1.1N；編帶和卷盤必須用防潮塑料袋密封，袋內(nèi)裝有干燥劑和濕度指示器。這些要求都是為了確保模塊在包裝、運(yùn)輸和存儲過程中的安全性和穩(wěn)定性。

十四、注意事項

14.1 存儲條件

• 時間限制：建議在收到產(chǎn)品后的6個月內(nèi)使用，超過6個月需要在使用前確認(rèn)可焊性。
• 溫度和濕度：產(chǎn)品應(yīng)在未開封的包裝下，存儲在環(huán)境溫度為5°C至35°C，濕度為20%至70%RH的環(huán)境中。溫度超過40°C可能會導(dǎo)致包裝材料變形。
• 氣體環(huán)境：應(yīng)存儲在無腐蝕性氣體（如Cl?、NH?、SO?、Nox等）的環(huán)境中，以避免模塊受到腐蝕。
• 機(jī)械沖擊：避免對產(chǎn)品施加過度的機(jī)械沖擊，如用尖銳物體戳包裝材料、掉落產(chǎn)品等，以免損壞包裝材料和模塊。
• 開封后存儲：包裝開封后，產(chǎn)品應(yīng)存儲在溫度低于30°C，濕度低于60%RH的環(huán)境中，并在168小時內(nèi)使用。
• 濕度指示器：當(dāng)包裝內(nèi)的濕度指示器顏色改變時，產(chǎn)品在焊接前需要進(jìn)行烘烤，烘烤條件為125 + 5 / - 0°C，24小時，1次。由于編帶和卷盤的材料不耐熱，產(chǎn)品應(yīng)放在耐熱托盤上進(jìn)行烘烤。

  14.2 處理條件

  在處理或運(yùn)輸產(chǎn)品時要小心，避免過度的應(yīng)力或機(jī)械沖擊導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。如果產(chǎn)品的端子有裂縫或損壞，其性能可能會發(fā)生變化，需要謹(jǐn)慎處理。同時，不要用裸手觸摸產(chǎn)品，以免影響可焊性和因靜電電荷損壞產(chǎn)品。

  14.3 標(biāo)準(zhǔn)PCB設(shè)計

  所有的接地端子都應(yīng)連接到接地圖案，并且在IN和OUT端子之間應(yīng)提供接地圖案。建議參考標(biāo)準(zhǔn)的焊盤尺寸規(guī)格進(jìn)行設(shè)計，因為PCB的圖案繪制方法、接地方法、焊盤尺寸、NC端子的焊盤成型方法以及PCB材料和厚度等因素都可能會影響產(chǎn)品的性能。在使用非標(biāo)準(zhǔn)焊盤時，應(yīng)事先與Murata公司聯(lián)系。

  14.4 貼片機(jī)注意事項

  在將產(chǎn)品貼裝到PCB上時，要注意避免因磨損的吸嘴或定位爪施加不均勻的力而導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。為了防止產(chǎn)品受損，必須遵循所使用貼片機(jī)的維護(hù)規(guī)范。在定位產(chǎn)品時，要注意機(jī)械夾持可能會對產(chǎn)品造成損壞。

  14.5 焊接條件

  建議的焊接條件如文檔中的圖所示，最高回流溫度應(yīng)設(shè)置在260°C以內(nèi)，回流次數(shù)不超過2次。應(yīng)使用松香型焊劑或含氯量不超過0.2 wt%的弱活性焊劑。

  14.6 清潔

  由于該產(chǎn)品對濕度敏感，不建議進(jìn)行清潔。如果進(jìn)行清潔，客戶需要承擔(dān)因清潔過程導(dǎo)致的任何問題或故障的責(zé)任。

  14.7 工作環(huán)境條件

  產(chǎn)品設(shè)計用于正常環(huán)境條件（環(huán)境溫度、濕度和壓力）下的電子產(chǎn)品，在類似條件下使用通常不會有問題。但如果在以下環(huán)境中使用，可能會損壞產(chǎn)品，并可能導(dǎo)致漏電和異常溫度：

• 含有腐蝕性氣體（如Cl?、NH?、SOx、NO?等）的環(huán)境。
• 含有可燃和揮發(fā)性氣體的環(huán)境。
• 多塵的地方。
• 陽光直射的地方。
• 有水濺的地方。
• 有水凝結(jié)的潮濕地方。
• 結(jié)冰的地方。

如果產(chǎn)品有可能在上述環(huán)境中使用，在實際使用前應(yīng)咨詢Murata公司。同時，在組裝和測量過程中，不要對產(chǎn)品施加靜電或過高的電壓，以免導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降或損壞。

十五、使用產(chǎn)品的前提條件

15.1 產(chǎn)品評估和確認(rèn)

在將模塊安裝到自己的產(chǎn)品中時，必須確保產(chǎn)品已經(jīng)從符合模塊規(guī)格的角度進(jìn)行了評估和確認(rèn)。所有產(chǎn)品規(guī)格、數(shù)據(jù)手冊和目錄中的項目和參數(shù)都是基于在本規(guī)格書中指定的用途、條件和環(huán)境下使用模塊的前提。因此，不要在偏離本規(guī)格書指定的條件和環(huán)境下使用模塊。

15.2 軟件使用

如果使用Murata公司提供或嵌入到模塊中的軟件（包括但不限于固件和校準(zhǔn)參數(shù)），軟件將以“現(xiàn)狀”提供，Murata公司不保證軟件無錯誤或能夠無中斷地運(yùn)行，也不提供任何形式的明示或暗示保證。用戶需要自行承擔(dān)使用軟件可能帶來的風(fēng)險，并在使用過程中遵守相關(guān)的規(guī)定和要求。

15.3 禁止使用場景

模塊不得用于對可靠性要求特別高，以防止可能直接對第三方生命、身體或財產(chǎn)造成損害的應(yīng)用場景，如飛機(jī)設(shè)備、航空航天設(shè)備、海底設(shè)備、發(fā)電廠控制設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、交通信號設(shè)備、燃燒/爆炸控制設(shè)備、防災(zāi)/防犯罪設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備（車輛、火車、船舶、電梯等）以及具有類似復(fù)雜性和/或可靠性要求的應(yīng)用。如果在這些應(yīng)用中使用模塊，Murata公司將不承擔(dān)任何未能滿足要求的責(zé)任，并且用戶需要賠償和辯護(hù)因使用模塊和軟件而產(chǎn)生的所有索賠、損害、成本和費(fèi)用。

15.4 知識產(chǎn)權(quán)和法律合規(guī)

• 知識產(chǎn)權(quán)：Murata公司不保證或代表授予任何與模塊相關(guān)的專利、版權(quán)、掩膜作品權(quán)或其他知識產(chǎn)權(quán)的許可。使用模塊可能需要獲得第三方的專利或其他知識產(chǎn)權(quán)的許可，或者獲得Murata公司的專利或其他知識產(chǎn)權(quán)的許可。
• 法律合規(guī)：不要將模塊、技術(shù)信息和其他數(shù)據(jù)用于開發(fā)大規(guī)模殺傷性武器和軍事用途，并且必須遵守“外匯和外貿(mào)法”、“美國出口管理條例”等相關(guān)法律法規(guī)。

  15.5 產(chǎn)品停產(chǎn)

  由于供應(yīng)商停止供應(yīng)材料和/或組件等原因，Murata公司可能會停止生產(chǎn)模塊。在這種情況下，用戶需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備和應(yīng)對措施。

  15.6 樣品聲明

  工程樣品可能會與規(guī)格有所偏差，并且由于其開發(fā)狀態(tài)可能存在缺陷。Murata公司拒絕承擔(dān)工程樣品的任何責(zé)任或產(chǎn)品保修，特別是對于工程樣品用于評估目的以外的使用、功能偏差或失效以及不當(dāng)使用等情況。

綜上所述，Murata公司的NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模塊是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的無線通信模塊，但在使用過程中需要嚴(yán)格遵守其各項參數(shù)和要求，以確保模塊的正常工作和產(chǎn)品的質(zhì)量。希望本文能夠為電子工程師在設(shè)計和使用該模塊時提供有價值的參考。你在使用這款模塊的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。