nRF5182嵌入式系统智能手环设计

图7 LED点阵列控制模块电路

5.普通马达模块

因为马达的导通电流可能高达100mA，不能通过GPIO直接供电控制(驱动电流不够)，所以使用一个MOS管作为功率放大电路。串联的24欧姆电阻用来调节马达震动强度，减少功耗。在0欧姆时，马达的启动电流为100mA左右，目前配置的实测电流为36mA。

MOS管输入端的下拉电阻是保证在重启瞬间马达保持静止，因为芯片上电后引脚为高电平，MOS处于导通状态，从而使马达存在短暂的震动。

图8 普通马达模块控制电路

6.线性马达控制模块

线性马达控制复杂，需要用专用的芯片完成(设计中采用了DRV2605驱动芯片)。芯片与MCU通过I2C总线通信。线性马达的功能由驱动芯片控制，驱动芯片本身的输入电压范围是2.5V-5.5V。

给驱动芯片的供电电压，设计中使用的是电池供电，而不是DCDC输出的系统电压。

理由是：驱动芯片的工作电压是使用内部的DCDC完成电压转换。假设DCDC转换效率均为90%，那么使用电池供电，能量效率为90%;使用系统电压供电，效率为90%*90%=81%。

图9 线性马达控制电路

7.电量检测模块

电池的电量和电压有对应关系，系统只要检测到电池电压，即可映像成电池剩余电量。

电池电压在0-4.2V之间变化，经过四分之一的分压电路，输出电压会在0-1.05V之间变化。充分利用了nRF51822的ADC量程0-1.2V，并联的电阻用于稳定电压值。

电路如下：

图10 电量检测模块电路

8.外部复位模块

图11 外部复位模块电路

9.充电电路模块

充电芯片采用了TI的BQ24040，选取该款型号的目的是，能够向MCU提供是否正在充电(CHG_STATE)和是否插入充电器(PG_STATE)的信息(大多数充电IC不提供后者信息)。充电电流可控，预充电与快速电流比例可控。

目前的参考方案按照18mAh的电池，预充电电流为快速充电电流的40%设计。

图12 充电电路模块电路

10.系统电源模块

为了保证足够的电源效率，设计使用了高效率，带轻载优化的DCDC芯片TPS62260，而不是传统的LDO。因为nRF51822内部有LDO，为了提高效率，系统电压应该越低越好，而马达的正常工作电压是3V，白色LED最低工作电压是2.8V，其他IC的最低系统电压是1.8V。因此最终确定的系统电压是2.8V。

电源芯片的选择：

l 传统LDO的静态功耗有优势，但是输入-输出压差越大，效率越低。电池电压如果是3.9V，输出电压为2.8V，效率为2.8/3.9=71%;

l DCDC静态电流大，但是输入电流在1mA以上时，效率能够达到90%以上;

图13 系统电源模块电路

11.调试接口

图14 调试接口电路

12.射频电路

器件之间尽量近，减短走线(1mm走线相当于1nH电感;更长的线会增加对地电容)

不要用过孔(过孔相当于电感)

匹配电路周围要被GND包裹以减小对地电容

匹配网络的下方不要走线或者放置器件，造成匹配网络和参考地之间的一个“黑洞”

建议板厚不超过1.6mm，否则射频性能会下降

大功率和噪声源信号走线要与射频线垂直

LED相比射频是大功率信号，如果不是外观设计要求，强烈建议不要像该PCB方案把LED放置在天线附近(虽然PCB中LED走线已经尽量垂直于天线)

图15 PCB正确走线和等效电路

图16 智能手环PCB外形图

图四智能手环结构图

智能手环功能实现流程图

图八主程序结构流图