【NXP KW45】硬體設計實戰總結：解鎖高性能低功耗新境界

本文介紹了NXP KW45無線MCU的硬體設計要點，強調了其低功耗和高性能特性，適用於電池供電的應用。文章詳細討論了KW45的兩種封裝類型、關鍵腳位的設計要求，如PTC引腳的去耦電容、晶振引腳的布局、VDD_DCDC引腳的去耦電容以及射頻信號線的特殊要求。此外，還提到了天線設計的多樣性和關鍵參數，以及兩層和四層PCB板的推薦堆疊結構。最後，作者根據恩智浦官方文檔總結了設計KW45時的關鍵點，並提供了參考資料以供進一步閱讀。

一、概述
NXP KW45是一款集高性能與低功耗於一身的無線微控制器單元（MCU），其設計理念著重於電池供電場景，有效延長設備使用壽命。該晶片不僅具備卓越的射頻性能，還能適配多樣化的天線設計和射頻匹配，確保無線連接的穩定性和出色的抗干擾能力。為了充分發揮KW45的潛力，精良的硬體設計不可或缺。本文將重點介紹KW45硬體設計中的關鍵注意事項，旨在為設計師們提供實用的參考指南。

二、封裝特點

三、關鍵腳位設計

1. PTC1至PTC4這四個腳位若被使用，應各自並聯一個3pF的去耦電容，並儘量貼近KW45晶片放置，以增強EMC性能。

2. 對於32M晶振，應儘量靠近KW45放置，XTAL和XTAL_OUT的設計應類似差分線並保持等長，以確保晶振信號穩定。

3. VDD_DCDC腳位上的去耦電容應儘可能靠近MCU腳位放置，而VDD_RF腳位上的電容值建議為12pF。

4. 射頻信號線設計建議：

• 預留兩個π型結構，分別用於MCU端和天線端的射頻阻抗匹配。
• 制板時應要求50Ω的阻抗設計。
• 選用介電常數為4.3，頂層厚度8~10mil以上的FR4板材。
• 射頻信號線應使用地過孔隔離。
• PA設計應嚴格遵循NXP-KW45-EVK的示例布局

 
圖 5 射頻設計

5. 堆疊結構
如果設計為兩層 PCB 板，那麼建議的堆疊結構為：
- 頂層：傳輸線、信號和接地的射頻線
- 底層：射頻參考線、信號線、地線

如果設計為四層 PCB 板，那麼建議的堆疊結構為：
- 頂層：射頻信號線
- L2：射頻參考地
- L3：電源線
- 底層：信號線

 

四、天線設計多樣性
1. 天線設計應根據實際應用場景選擇合適的類型，如板載天線或外置天線。
2. 天線的最小回波損耗應以2440MHz為中心頻點，且回波損耗值低於-10dB為宜。
3. 天線阻抗應設計為50Ω。
4. 天線周圍應避免金屬物體，以減少射頻信號干擾。

五、總結
本文總結了在設計KW45時需關注的幾個關鍵點，基於恩智浦提供的官方設計規範。儘管可能存在遺漏或經驗不足之處，更深入的設計細節仍需參考恩智浦官方文檔。

參考資料：
1. KW45 Data Sheet.pdf
2. KW45B41Z-EVK_SCH.pdf
3. AN13227 Hardware Design Considerations.pdf

常見問答
問題 1：文章提到NXP KW45無線MCU的主要特點是什麼？
答案：NXP KW45無線MCU具有高性能和低功耗的特點，尤其適用於電池供電的應用。

問題 2：KW45提供哪兩種封裝選擇？它們之間有什麼區別？
答案：KW45提供了40腳的HVQFN（66mm）和48腳的HVQFN（77mm）兩種封裝選擇。40腳封裝有16個中心接地焊盤，而48腳封裝則有9個。

問題 3：在KW45硬體設計中，PTC腳位的設計要求是什麼？
答案：對於PTC1至PTC4這四個腳位，應各自並聯一個3pF的去耦電容，並盡量貼近KW45晶片放置，以增強EMC性能。

問題 4：為了確保晶振信號穩定，KW45硬體設計中有哪些建議？
答案：對於32M晶振，應儘量靠近KW45放置，XTAL和XTAL_OUT的設計應類似差分線並保持等長。

問題 5：KW45的PCB板堆疊結構有哪些建議？
答案：如果設計為兩層PCB板，建議的堆疊結構為：頂層放置傳輸線、信號和接地的射頻線，底層放置射頻參考線、信號線和地線。如果設計為四層PCB板，則建議的堆疊結構為：頂層放置射頻信號線，L2層放置射頻參考地，L3層放置電源線，底層放置信號線。


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