前言¶
文档主要介绍WS53V100芯片的封装管脚信息、电气特性参数、原理图设计建议、PCB设计建议、热设计建议、焊接工艺、潮敏参数、接口时序、注意事项等内容。
本文主要为技术服务工程师提供硬件设计的参考。
与本文档相对应的产品版本如下。
本文档主要适用于以下工程师:
单板硬件开发工程师
软件工程师
技术支持工程师
在本文中可能出现下列标志,它们所代表的含义如下。
更新“ADC接口参考设计”小节内容。 |
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封装与管脚¶
封装与管脚分布¶
封装¶
WS53V100芯片采用QFN52封装,封装尺寸为6mm×6mm,管脚间距为0.4mm,详细封装如图1、图2和图3所示。
芯片封装尺寸参数如表1所示。
表 1 芯片封装参数说明表
管脚分布¶
WS53V100芯片管脚分布如图1所示。
表 1 WS53V100关键特性
管脚描述¶
管脚类型说明¶
管脚I/O类型说明如表1所示。
表 1 管脚I/O类型说明
管脚排列表¶
WS53V100采用的封装形式为QFN 52Pin,管脚按位置排列分别如表1 WS53V100芯片管脚排列所示。
表 1 WS53V100芯片管脚排列
全芯片复位接口¶
全芯片复位信号如表1所示。
表 1 全局复位信号管脚列表
GPIO接口¶
须知: 支持外置RTC功能的芯片,当硬件方案不使用外置RTC时,RTC_IN管脚板级预留接地电阻位置,若芯片应用场景存在环境或板级干扰,建议RTC_IN管脚板级接地,RTC_OUT管脚保持悬空,增强抗干扰能力。板级禁止RTC_IN和OUT管脚同时接地。
GPIO接口如表1所示。
表 1 GPIO接口管脚列表
-可用作 RTC 晶体专用 PAD。当无外挂 RC32K 晶体需求时,板级预留接地电阻位置,若芯片应用场景存在环境或板级干扰,建议RTC_IN管脚板级接地。 |
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电源管脚¶
电源管脚如表1所示。
表 1 电源管脚列表
RF接口¶
RF接口如表1所示。
表 1 RF接口管脚列表
GND管脚¶
GND管脚如表1所示。
表 1 GND管脚列表
GPIO复用管脚¶
GPIO(General Purpose Input/Output)管脚如表1所示。
说明: 复用信号0为上电复位完成后的缺省功能。
表 1 GPIO复用管脚描述
须知: 在使用SDIO一线模式时,SDIO_D2和SDIO_D3需要保持悬空状态,不能复用为其他功能.
CLK管脚¶
CLK管脚如表1所示。
表 1 CLK管脚描述
上电关键硬件字¶
芯片系统正常启动后必须有正确的硬件配置字,与芯片硬件启动强相关,其电平状态需如表1所示。
表 1 管脚硬件配置字描述
电性能参数¶
电流分布¶
WS53V100的功耗分布如表1所示。
表 1 电流参数
极限工作电压¶
表 1 极限工作电压参数
表 2 芯片引脚ESD参数
推荐工作条件¶
WS53V100的推荐工作条件如表1所示。
表 1 推荐工作条件
DC/AC电气参数¶
表 1 DC电气参数表 (VDDIO=1.8V GPIO 功能)
表 2 DC电气参数表 (VDDIO=3.3V GPIO 功能)
表 3 DC电气参数表 (VDDIO=3.3V GPIO 功能--SDIO专用)
表 4 DC电气参数表 (VDDIO=1.8V GPIO 功能--SDIO专用)
上下电要求¶

外部电池电源VBAT、IO电源VDDIO处于下电状态,芯片处于下电状态。
外部电源VBAT、VDDIO上电(推荐同时上电)。其中VBAT可能存在慢上电场景、VBAT上电稳定约40μs~10ms。
VBAT和VDDIO上电后约20ms后、CLDO上电稳定、开始CRG解复位。
WS53V100开机电源系统上无Power-on信号、POR模块主要是对VBAT和内部电源进行检测、当两者都在位时、才会送出芯片内部的解复位信号。
VBAT上电阈值:2.5V;
VBAT下电阈值: 1.4V。
WS53V100开机电源系统上无Power-on信号、外部有RST_N负责全芯片复位、其状态由板级电路维护。
VBAT欠压或者撤离时、POR检查到掉电、会复位整个芯片、从而实现安全下电。
说明:
PMU电源对应管脚:VDD_VBAT1、VDD_VBAT2、AVDD33。
VDDIO对应管脚:VDDIO。
当芯片掉电后,需要保证VDDIO和VBAT电平低于200mV。
单板复位通过RST_N管脚实现。RST_N行为为拉低、后拉高。其中RST_N拉低时间需要持续10ms以上。
原理图设计建议¶
小系统设计建议¶
小系统指芯片电路能够正常工作的最小外围电路配置,此部分的电路主要包括:时钟电路、复位电路。
参考时钟设计¶
晶体时钟支持32MHz,在使用外部晶体时,电路结构如图1所示。其中,Cload电容默认不上件,XIN,XOUT串联0Ω电阻,用于调节晶体寄生电容,30Ω为限流电阻(根据晶体的DL参数决定是否上件)。
外部Crystal电气特性的要求如表1所示。
表 1 Crystal电气特性要求
其中:
CL:Crystal负载电容。
ESR:Crystal等效串联电阻。
推荐晶体参数:CL 8pF,ESR 60Ω(max),Lm 9.97mH,C1 2.48fF,C0 0.7pF。
1612封装因为C1和Lm差异较大,频偏校准范围只支持±20ppm。
XIN和XOUT管脚PKG+PCB寄生电容≤1pF。
负载电容CL=(C1×C2)/(C1+C2)+Cs,其中C1为XIN管脚对地总电容,C2为XOUT管脚对地总电容,Cs为XIN和XOUT管脚之间寄生电容,如C1和C2均为14pF,Cs为1pF,则晶体的负载电容为8pF。
标注[1]:CL为12pF的晶体,XO支撑以慢启方式启动。
标注[2]:建议晶体选型时DL(max)≥100μW,若晶体DL(max)小于100μW,须在XOUT处串联30Ω电阻R,并且XO频偏校准范围为±20ppm。
标注[3]:表格里是Type值,Lm和C1覆盖范围是type值±10%。
RTC时钟¶
说明: 使用此功能前,需确认芯片版本是否支持此功能,详见《芯片用户指南》或《订购须知》描述。
WS53V100支持外部提供32.768kHz RTC时钟,用于低功耗处理。对32.768kHz RTC时钟的电气特性要求如表1所示。
表 1 RTC无源时钟电气特性要求
RTC无源时钟参考电路设计如图1所示,其中C1&C2可以基于晶体负载电容CL计算,典型C1=C2=CL*2,考虑封装和板级寄生,C1&C2取值可以略小;
针对无源时钟,需要根据所选晶体的ESR参数,选择相对应的驱动能力,详细参考表2;
表 2 驱动能力与ESR对照表
复位电路¶
WS53V100集成内部 POR (Power On Reset )电路以及 Watchdog。
电源参考设计¶
说明: 系统电源的设计,详细请参见《WS53V100 DEMO板原理图》。
电源规格¶
WS53V100需要的外部电源包括:
电池电源VBAT
IO电源VDDIO
芯片内部主要集成了BUCK和多个低压差线性稳压器(LDO):
BUCK:作为一个中间的电源平面给多个LDO提供电源。
LDO:分为给数字提供电源的LDO和低噪声LDO。
PMU内部有一个BUCK提供1.3V电源。
推荐工作条件如表1所示。
表 1 推荐工作条件
表 2 内部DC-DC产生的1P3电源外围器件要求
VBAT电源¶
WS53V100包含2个VBAT电源输入管脚:
VDD_VBAT1:BUCK的输入电源。
VDD_VBAT2:INTLDO和XLDO输入电源。
VBAT支持3~3.6 V输入,VBAT电源可以由外部PMU芯片或者外部BUCK电路生成提供。
VBAT参考电路¶
VBAT给芯片提供工作电源,VDD_VBAT1和VDD_VBAT2每个输入管脚各放一个电容用于储能滤波。参考电路图如图1 WS53V100 VBAT输入电路所示。

VBAT输入电源要求¶
WS53V100的VBAT输入电源要求如下:
要求电源噪声峰峰值在±3%以内。
选择合适的电感和输出滤波电容,能够更有效抑制纹波和谐波干扰。
VDDIO电源¶
WS53V100有1个VDDIO电源输入管脚:
VDDIO
支持1.8V/3.3V电压,推荐设计建议如表1所示,参考电路图如图1所示。
表 1 VDDIO电源设计建议
内部电源滤波电路¶
内部电源中的VDD_CLDO、VDD_RFLDO2需要外接滤波电容,推荐设计建议如表1所示,参考电路图如图1所示。
表 1 内部电源滤波电路设计建议

RFLDO1¶
RFLDO1电源由WS53V100 管脚VDD_RFLDO1输出,输出滤波电容1μF。RFLDO1给2个管脚供电,分别是VDD_RF_RX_1P1 和VDD_WL_RF_TRX_1P1,推荐设计建议如表1所示,参考电路见图1所示。
表 1 RFLDO1电源设计建议

BUCK/LDO电源¶
WS53V100包含4个1P3电源输入管脚:
VDD_1P3
VDD_BSLE_RF_PA_1P3
VDD_BSLE_RF_DRV_1P3
VDD_BSLE_PLL_DCO_1P3
该1P3电源可以由芯片内部BUCK(BUCK_LX)提供
表 1 BUCK电源设计建议
说明: BUCK电感推荐约束条件:
电感值2.2μH,±20%。
直流电阻(Rdc)≤0.3Ω。
饱和电流≥800mA。
Rdc增大会导致功耗增加,效率变低。
Rdc从0.1Ω增加到0.2Ω,重载效率会降低1~2个百分点。
内部BUCK由VDD_VBAT1提供输入电压,由BUCK_LX输出开关信号,因此需要外接电感和输出电容。
参考电路图如图1所示。
PA供电¶
外部提供给VDD_WL_RF_PA_3P3供电,可与VBAT电源接在一起,设计建议如表1所示,参考电路图如图1所示。
表 1 PA供电设计建议
注意事项¶
RST_N电路¶
RST_N为上电使能管脚,该管脚上拉到VDDIO电源。
外围接口设计建议¶
SDIO接口参考设计¶
WS53V100通过SDIO与Host通信。SDIO电平支持1.8V和3.3V,要求Host端也必须是1.8V或3.3V电平;否则两者之间需要增加电平转换器件,选用的电平转换芯片需要符合SDIO速率(50MHz)的传输要求。设计建议如表1所示。
表 1 SDIO接口设计建议
须知: 在使用SDIO一线模式时,SDIO_D2和SDIO_D3需要保持悬空状态,不能复用为其它功能。
UART接口参考设计¶
WS53V100支持三组UART信号,UART_L0用于WS53V100维测打印。UART_H0和UART_H1用于与其他设备对接,管脚电平与VDDIO保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 UART接口设计建议
PWM接口参考设计¶
WS53V100支持8个PWM接口信号输出,PWM0-PWM3为3组互补PWM接口,SPWM 为2个为安全PWM接口,输出电平与VDDIO电平保持一致,占空比输出范围(0-100%),最高可达到30khz以上,步进100Hz。
设计建议如表1所示。
表 1 PWM接口设计建议
I2S接口参考设计¶
WS53V100支持一组I2S接口,输入输出电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 I2S接口设计建议
SPI接口参考设计¶
WS53V100支持两组SPI接口,一组SPI接口,一组QSPI接口,输入输出电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 SPI接口设计建议
I2C接口参考设计¶
WS53V100支持两组I2C接口,输入输出电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 I2C接口设计建议
ADC接口参考设计¶
WS53V100支持7个ADC接口,ADC电压输入范围0V~1.715V。设计建议如表1所示。ADC输入信号可以通过UART_L0串口读出信号电平的大小。
表 1 ADC接口设计建议
PTA接口设计¶
WS53V100支持1个PTA(包流量仲裁)接口,用于WIFI和BT的共存管理如图1PTA接口设计,输入输出电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
PTA介于WIFI MAC和BT之间,接收WIFI MAC和BT的TX/RX请求和状态输入,并且输出仲裁结果给WIFI 和BT。

表 1 PTA接口设计建议
天线选择接口¶
WS53V100有4个天线选择管脚,输出电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 智能天线接口
超低功耗接口设计¶
WS53V100支持9个AON GPIO,输入电平应与VDDIO电平保持一致。设计建议如表1所示。
表 1 超低功耗接口设计建议
须知: 在使用MGIO16作为输入唤醒功能时,建议默认状态保持高电平,使用低电平或者下降沿唤醒.
控制信号及低功耗应用参考设计¶
SDIO四线模式¶
WS53V100 SDIO四线模式根据中断方式可以分成两种:一种是GPIO中断方式,另一种是SDIO中断方式,推荐使用SDIO中断,其中:
方式一:GPIO中断方式需要7个Pin脚(SDIO_CLK,SDIO_CMD,SDIO_DATA0,SDIO_DATA1,SDIO_DATA2,SDIO_DATA3,MGPIO13),WS53V100可使用MGPIO13作为中断。
方式二:SDIO中断方式需要6个Pin脚(SDIO_CLK,SDIO_CMD,SDIO_DATA0,SDIO_DATA1,SDIO_DATA2,SDIO_DATA3),WS53V100也可使用SDIO_DATA1中断。
其他控制信号及低功耗应用如表1所示。
表 1 控制信号及低功耗应用参考设计建议
如果需要低功耗应用,则必须考虑以下设计要求:
DEVICE_WK_HOST必须连接到HOST常供电的GPIO。
HOST_WK_DEVICE必须连接到DEVICE常供电的GPIO。
低功耗应用系统连接参考框如图1所示。

SDIO一线模式¶
WS53V100 SDIO一线模式根据中断方式可以分成两种:一种是GPIO中断方式,另一种是SDIO中断方式,其中:
方式一:GPIO中断方式需要4个Pin脚(SDIO_CLK,SDIO_CMD,DATA0,MGPIO13),可使用MGPIO13作为中断。
方式二:SDIO中断方式需要4个Pin脚(SDIO_CLK,SDIO_CMD,DATA0,SDIO_DATA1),可使用SDIO_DATA1中断。
其他控制管脚和四线模式一致,低功耗应用系统连接参考框图如图1所示。

PCB设计建议¶
叠层和布局¶
WS53V100封装大小,QFN52 6×6mm,PCB支持4层板,支持器件单面贴设计。
TOP层:信号走线,信号线尽量走TOP层。
L2层:地平面层,保持一个完整的地平面层。
L3层:电源平面层,电源走线尽量走第三层,且电源之间需要用地隔开。
BOTTOM 层:可以走少量的信号线,尽量保持BOTTOM层为一个完整的地平面层。
PCB设计注意事项:
推荐PCB板厚On Board方案一般≥1mm,防止翘曲,过孔10mil/22mil。
PCB 典型材料FR4介电常数为4.0~4.3,表层铜箔厚度建议为1.2mil (0.5 oz+plating),PCB板厚度一般≥1.0mm,典型值为1.2mm,可选用1.0mm。
常用的叠层设计和阻抗控制可参考表1。
表 1 4层板1.2mm参考叠层信息参考
表 2 单线线宽、阻抗、参考层控制信息
Fanout封装设计建议¶
WS53V100 四层板Fanout如图1所示。
其中:
黄色:VDD_RF_RX_1P1、VDD_WL_RF_TRX_1P1、VDD_RFLDO1
绿色:VDD_WL_RF_PA_3P3、VDD_VBAT1、VDD_VBAT2、AVDD33
蓝色:VDDIO
紫色:VDD_1P3、VDD_BSLE_RF_PA_1P3、VDD_BSLE_RF_DRV_1P3、VDD_BSLE_PLL_DCO_1P3、VDD1P3_PMU1
白色:VDD_RFLDO2、VDD_BSLE_DPALDO、VDD_CLDO
橙色:BUCK_LX
淡蓝色:RF
PCB布局¶
WS53V100应用支持On Board和模组两种方案。
On Board方案
支持4层板设计
贴片器件建议为0201封装(inch)
SDIO模组
4层板
贴片器件建议用0201封装(inch)
IPC用户
考虑小型化,一般建议选用模组
IOT产品
考虑到板子空间比较小,建议用0201单面贴
PCB设计以 SDIO模组四层板为例,参考设计如图1所示。

其中:
黄色:VDD_RF_RX_1P1,VDD_WL_RF_TRX_1P1,VDD_RFLDO1
绿色:VDD_WL_RF_PA_3P3,VDD_VBAT1,VDD_VBAT2,AVDD33
蓝色:VDDIO
紫色:VDD_1P3,VDD_BSLE_RF_PA_1P3,VDD_BSLE_RF_DRV_1P3,VDD1P3_PMU1
白色:VDD_RFLDO2,VDD_BSLE_DPALDO,VDD_CLDO
橙色:BUCK_LX
淡蓝色:RF
电源¶
VBAT布线指导¶
VBAT布线建议如下:
VDD_VBAT1峰值电流500mA,基于100mA/4mil原则,VBAT1电源走线线宽需≥20mil。滤波电容4.7μF需要靠近管脚放置。
VDD_VBAT2峰值电流50mA。滤波电容1μF需要靠近管脚放置,且电源走线须先经过滤波电容再到芯片的电源管脚。
AVDD33峰值电流80mA。有空间单独放置1uF滤波电容,模组空间紧凑可以和VDD_VBAT1 共用4.7uF电容
VDD_CLDO滤波电容靠近管脚放置,峰值电流300mA,走线线宽建议≥12mil。
电源管脚的滤波电容摆放位置如图1所示。

BUCK布线指导¶
BUCK的输出、BUCK电感、滤波电容及地形成的最短回流通路十分重要。该环路中包含大量高频开关电流成分,因此PCB走线时应该最小化环路面积。BUCK回流环路面积越大,磁场辐射越强,这将成为噪声扩散的主要来源。
BUCK与RF正好在芯片的对角处,主要为了避免BUCK的电源噪声影响RF(左下方)和模拟部分,因此布局时外接功率电感尽量远离WS53V100的RF和模拟部分,以减少BUCK对射频性能的影响。
PCB走线约束如下:
BUCK_LX:是强干扰源,需要与其他敏感信号保持距离,输出峰值电流500mA,线宽需要≥20mil,且能够尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔。
VDD1P3_PMU1:BUCK输出反馈给芯片内部CLDO输入,峰值电流300mA,线宽需要≥12mil,滤波电容4.7μF靠近管脚放置。走线源头从1P3的输出电容上取电。走线两端尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔。
VDD_1P3: BUCK输入给芯片内部RFLDO供电,峰值电流100mA,滤波电容1μF靠近管脚放置。走线源头从1P3的输出电容上取电。走线两端尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔,背面走线远离芯片Epad,请勿割裂参考地平面。
VDD_BSLE_RF_PA_1P3:BSLE LDO输入电源,峰值电流300mA,滤波电容1μF靠近管脚放置。走线源头从1P3的输出电容上取电。走线两端尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔,背面走线远离芯片Epad,请勿割裂参考地平面。
VDD_BSLE_RF_DRV_1P3:BSLE LDO输入电源,峰值电流70mA,滤波电容1μF靠近管脚放置(模组空间受限,可以考虑共用VDD_BSLE_RF_PA_1P3电源的1uF电容)。走线源头从1P3的输出电容上取电。走线两端尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔,背面走线远离芯片Epad,请勿割裂参考地平面。
VDD_BSLE_PLL_DCO_1P3:BSLE LDO输入电源,峰值电流40mA,滤波电容1μF靠近管脚放置。走线源头从1P3的输出电容上取电。走线两端尽量包地处理,包地线尽量粗且多打地孔,背面走线远离芯片Epad,请勿割裂参考地平面。

RF布线指导¶
RF布线建议如下:
RFLDO1电源走线支持串行走线,但星型走线可以带来更好的性能,图1中黄色走线即为星形走线。
VDD_RFLDO2外接一个1μF的电容,给芯片内部的RFLDO2电源滤波。
VDD_RFLDO1是芯片内部LDO输出,输出1.15V给RF供电,峰值电流50mA,线宽需要≥5mil。
VDD_WL_RF_PA_3P3给WiFi的PA供电,可以直接连接到VBAT;滤波电容靠芯片管脚放置。
PA电源滤波电容放置以及出线不要有过孔,建议与芯片同层出线布局,避免过孔带来寄生参数。走线压降要求<30mV。峰值电流500mA,线宽需要≥20mil。
VDD_RF_RX_1P1是给LNA供电的电源,走线要避开RF信号干扰。
VDD_WL_RF_TRX_1P1是芯片内部TRX相关模块输入电源,,走线要避开RF信号干扰。
VDD_RFLDO1、VDD_RF_RX_1P1、VDD_WL_RF_TRX_1P1、VDD_WL_RF_PA_3P3给电源走线间尽量错开,避免相互间干扰。
WiFi RF前端匹配电路尽量靠近芯片放置,ESD防护电感可以靠近天线端。
RF信号线走线尽量短,控制阻抗50Ω,走线两边包地多打地孔。
RF射频线远离高速时钟线和电源线,保持射频走线参考面完整;如果射频线参考面被分割,需要通过0Ω电阻跨接保持连通性。
射频走线的参考地与芯片主地须保持良好连通,地回路不好的情况下,射频性能会恶化。芯片EPAD需要从两个脚拉出与外部的地连接保持连接。
RF匹配滤波电路:如有空间,可以预留trap电路,参考电路如图2,匹配值需要根据不同Layout和PCB叠层进行实测调整。如模组空间有限,可以采用π型滤波电路。滤波电容需要单点接地不能直接接在TOP层,需要打一个过孔连接到BOTTOM层,如果是多层板过孔不与中间层的地相连,过孔在中间层需要跟TOP层一样做禁空处理。这样处理之后的过孔在RF频率上过孔相当于一个小电感与电容一起组成一个LC电路,起到抑制谐波辐射的目的。前面PCB布局有提到这两个过孔的位置不能太近最好能分布在RF线的两边。

CMU布线指导¶
CMU(时钟管理单元)布线建议如下:
WiFi系统对时钟要求很高,晶体布局以及XIN和XOUT走线须远离噪声源(RF和BUCK)和热源,避免噪声干扰引起系统相噪变差,或者热源辐射引起晶体温漂。
建议在XOUT走线靠近芯片端预留电阻焊盘,用于串接一个30Ω电阻限流。
PCB为4层板时,晶体的GND pad建议在TOP层和其他地分割,通过过孔连接到主地,防止单板上的器件发热影响时钟精度;信号pad下面挖空到主地层,减小pad的寄生电容。
XIN/XOUT走线尽量短,XIN/XOUT走线寄生电容<1pF,建议能够包地处理,包地线尽量粗且多打地孔。
如果是On Board设计且是双面贴,可以考虑将晶体放到BOTTOM层,XIN/XOUT在靠近芯片管脚处打过孔上来连接到芯片。
XIN/XOUT与VBAT之间用地过孔分隔开。
CMU布局及布线参考如图1所示。

DBB布线指导¶
DBB(数字基带)布线建议如下:
VDDIO电源滤波电容尽量靠近管脚放置。
数字信号设计规则相对宽松,仅需避开敏感的电源、RF和模拟部分。
MGPIO16管脚有负电压输入时,可能会导致芯片复位,使用时应避免该管脚出现负压;PCB设计有长走线时,建议走内层,避免受到外部干扰。
SDIO接口布线指导¶
接口布线建议如下:
SDIO最高支持50MHz,要求布局布线远离敏感的电源、RF和模拟部分,且走线线长尽可能短不要超过5inch。
SDIO走线线距严格按照3W原则,即信号与信号线之间保持3倍线宽,避免信号间的串扰;SDIO_CLK信号包地处理,包地线尽量粗且走线两侧多打地孔。
SDIO_CLK靠近源端串33Ω电阻。
SDIO_DATA(0~3)预留上拉电阻的一端直接接到信号线上,另一端连接到VDDIO。这样可以减少信号的反射。
GND布线指导¶
除接地管脚外,WS53V100还需要将Epad焊盘接地。
GND布线建议如下:
参考地平面尽量完整,尽量使得每个接地管脚、电容接地都能够和芯片Epad以及系统主地有良好的地回路。
Epad焊盘上打通孔,孔中心距一般约23~40 mil,一般情况下建议28mil。
热设计建议¶
工作条件¶
须知:
芯片的极限结温的最大值为125℃,任何条件下芯片的结温都不能大于该数值。
芯片的长期工作结温的最大值为105℃,正常工作条件下芯片的结温应该小于该数值。
在短期工作条件下,芯片可以容忍超过105℃(长期工作结温的最大值)而小于125℃(极限结温的最大值)的高温,但长时间工作在超过105℃(长期工作结温的最大值)结温下会导致芯片寿命缩减。
根据GR-63-CORE标准,短期工作条件定义为每次持续时间不超过96小时,并且每年累计时间不超过15天。
表 1 芯片的结温要求
表 2 芯片的封装热阻
说明: 热阻基于JEDEC JESD51-2标准给出,应用时的系统设计及环境可能与JEDEC JESD51-2标准不同,需要根据应用条件作出分析。
上述封装热阻参数仿真环境是JEDEC标准的4层PCB,如图1所示。
电路热设计参考¶
器件布局¶
结合产品结构和热设计,器件布局建议如下:
单板上大功耗且易产生热量器件要均匀分布,避免局部过热,影响器件可靠性和散热效率。
合理设计结构,保证产品内部与外界有热交换途径。
对单板关键发热器件充分进行极端应用场景的温升测试,确保器件在安全的温度范围内长期可靠工作。
必要情况下,关键发热器件可以增加散热片,进一步提升散热效果。
PCB¶
走线热设计建议如下:
芯片底下的过孔采用FULL孔连接,而不是普通的花孔连接,以提高单板散热效率。
在热量大的器件正下方和周边尽量增大铜皮面积,发热器件背面的地平面尽量减少分割,完整地平面能够有效分散热量,提高整体散热效果。另外,如果结构允许,将芯片正背面附近地平面进行亮铜处理,也能够进一步提升散热效果。
焊接工艺¶
概述¶
本章主要介绍客户端在使用芯片做回流焊时工艺控制:主要是无铅工艺和混合工艺两类。
定义说明:
芯片:给客户的芯片均为ROHS产品,均满足无铅要求。
无铅工艺:所有器件(主板/所有IC/电容电阻等)均为无铅器件,并使用无铅锡膏的纯无铅工艺。
无铅回流焊工艺参数要求¶
无铅回流焊接工艺曲线如图1所示。
无铅回流焊工艺参数如表1所示。
表 1 无铅回流焊工艺参数
说明:
预热区:温度由40℃~150℃,温度上升速率控制在2℃/s左右,该温区时间为60~150 s。
均温区:温度由150℃~200℃,稳定缓慢升温,温度上升速率小于1℃/s,且该区域时间控制在60~120 s**(注意:该区域一定缓慢受热,否则易导致焊接不良)**。
回流区:温度由217℃~Tmax~217℃,整个区间时间控制在60~90 s。
冷却区:温度由Tmax~180℃,温度下降速率最大不能超过4℃/s。
温度从室温25℃升温到250℃时间不应该超过6分钟。
该回流焊曲线仅为推荐值,客户端需根据实际生产情况做相应调整。
回流时间以60~90 s为目标,对于一些热容较大无法满足时间要求的单板可将回流时间放宽至120s。封装体耐温标准参考IPC/JEDEC J-STD-020D标准,封装体测温方法参考JEP 140标准。
IPC/JEDEC J-STD-020D标准,封装体测温方法按照JEP 140标准要求:IPC/JEDEC 020D中的无铅器件封装体耐温标准如表2所示。
表 2 IPC/JEDEC 020D中的无铅器件封装体耐温标准
体积计算中不计入器件焊端(焊球,引脚)和外部散热片。
回流焊接工艺曲线测量方法:
JEP140推荐:对于厚度较小的器件,测量封装体温度时,直接将热电偶贴放在器件表面,对于厚度较大的器件,在器件表面钻孔埋入热电偶进行测量。由于量化器件厚度的要求,推荐全部采用在封装体表面钻孔埋入热电偶的方式(特别薄器件,无法钻孔除外)。如图2所示。
说明: 如果是QFP封装的芯片,直接将测温探头放在管脚处即可。
混合回流焊工艺参数要求¶
回流焊接过程中,如果出现器件混装现象,应首先保证无铅器件的正常焊接。具体要求如表1所示。
表 1 混装回流焊工艺参数表
说明: 以上工艺参数要求均针对焊点温度。单板上焊点最热点和最冷点均需要满足以上规范要求。
曲线调制中,还需要满足单板上元器件的封装体耐温要求。封装体耐温标准按照IPC/JEDEC J-STD-020D标准,封装体测温方法按照JEP 140标准。
IPC/JEDEC 020D中的有铅器件封装体耐温标准如表2所示。
表 2 IPC/JEDEC 020D中的有铅器件封装体耐温标准
体积计算中不计入器件焊端(焊球,引脚)和外部散热片。
JEP140标准规定测量封装体温度方法同无铅工艺,请参考无铅回流焊工艺参数要求详细说明。
潮敏参数¶
存放与使用¶
**【**使用范围】
所有IC(潮敏产品)的存放和使用。
**【**存放环境】
建议产品真空包装存放,存放温度范围:大于等于-40℃,小于等于150℃。推荐存放在25℃的环境温度下。
**【**存储期限】(shelf life)
存放环境<30°C/60% RH下,真空包装存放,存储期限(shelf life)不少于12个月。
**【**车间寿命】(floor life)
在环境条件<30°C/60%下,floor life参照表如表1所示。
表 1 车间寿命(floor life)参照表
**【**潮敏产品的使用】
产品在≦30℃/60%RH下连续或累计暴露超过2个小时,建议进行重新烘烤后再真空干燥包装。
产品在≦30℃/60%RH下暴露累计没有超过2个小时,可以不用重新烘烤,但要更换新的干燥剂,进行真空干燥包装。
本产品的潮敏参数等级为3级。
本文没有提到的存储及使用原则,请直接参考JEDEC J-STD-033A。
重新烘烤¶
【适用产品】
所有潮敏产品
【使用范围】
需要重新烘烤的潮敏产品
【重新烘烤参考表】
表 1 重新烘烤参考表
说明:
此表中显示的均是受潮后,必须的最小的烘烤时间;
重新烘烤优先选择低温烘烤;
详细情况请参考JEDEC。
接口时序¶
UART接口时序¶
WS53V100芯片 支持3组UART接口,其中UART_L0支持两线连接(RXD、TXD),不支持流控模式,UART_H0和UART_H1支持四线的协议(RXD、TXD、CTS、RTS),其中RXD和TXD用于数据传送,RTS和CTS用于流控。
UART接口支持多种波特率,波特率大小和传送速率之间成正比关系,支持的波特率从9600bit/s到5Mbit/s,其速率可以通过寄存器进行配置。
UART_L0支持最大速率2Mbit/s,UART_H0和UART_H1支持最大速率5Mbit/s。
波特率和误码率如表1所示。
表 1 UART接口波特率和误码率
UART接口的的时序如图1所示。
注:图中虚线的信号上升沿按照0.7×VDD,下降沿按照0.3×VDD选取。VDDIO电压为1.8V/3.3V
其中:
标注1为CTS信号拉低到TXD信号有效的最大延时。
标注2为结束位的中点到CTS信号拉高需要保持的最大时间。
标注3为结束位的中点到RTS信号拉高的最大延时。
UART时序约束如表2所示。
表 2 UART时序约束表
I2C时序¶
I2C传输时序如图1所示。
I2C接口时序参数如表1所示。
表 1 I2C接口时序参数表
I2S时序¶
I2S接口支持Master模式,支持Slave模式。I2S的时序图如图1所示。
注:图中虚线的信号上升沿按照0.7×VDD,下降沿按照0.3×VDD选取。VDDIO默认l电压为1.8V/3.3V。
图中I2S_DI、I2S_DO表示从自身角度而言的输入/输出端口。
上图中的参数定义:
tclk:I2S接口时钟的一个周期时间。
tw:I2S接口时钟一个周期内的高电平或者低电平时间。
tis:输入信号的建立时间,即输入数据在时钟采样前需要的稳定时间。
tih:输入的保持时间,即输入数据在时钟采样后需要的保持不变的时间。
top:输出信号的输出传输时间。
I2S作为Master的接口时序约束如表1所示。
表 1 I2S的master时序约束
I2S作为Slave的接口时序约束如表2所示。
表 2 I2S的slave时序约束
SDIO时序¶
WS53V100的SIDO固定充当device,SDIO支持3种SDIO工作模式:
在CLDO为1.1V时、最大接口速度为50MHz。
Default speed模式(DS)
接口时钟频率最高25MHz,包括1bit和4bit两种模式。
High speed模式(HS)
接口时钟频率最高50MHz。
SDR25模式
接口时钟最高频率50MHz。
须知:
对接host芯片的CLK约束:为了保证SDIO的正常工作,需要host持续提供SDIO CLK,并且没有时钟中断,否则可能导致SDIO业务数据异常。
Default speed模式为SDIO上电之后的默认模式,为了与各种HOST器件保持兼容性,此模式要求的工作速率较低,时钟只支持到25MHz,对时钟的要求如表1所示。
表 1 Default speed模式时钟参数表 (VDDIO=3.3V)
Default speed模式输入数据时序如图1所示。其中,tISU为建立时间,即此模式下SDIO接口要求的数据在时钟采样前的稳定时间,tIH为保持时间,即此模式下SDIO接口要求的数据在时钟采样后的保持原电平的时间。

Default speed模式输出数据时序如图2所示。其中,tODLY(max)为输出数据相对于时钟上升沿,出现在接口上的最大时延,tODLY(min)为输出数据相对于时钟上升沿,出现在接口上的最小时延。

Default speed模式的时序约束如表2所示。
表 2 Default speed模式时序约束表
说明:Tclk为SDIO CLOCK时钟周期。
High speed模式为SDIO上电经过初始化之后,为了使用更高的速率,通过模式切换而进入的模式,此模式要求的工作速率比default speed模式高,其时钟支持到50MHz,对时钟的约束见表3所示。
表 3 High speed模式时钟参数表 (VDDIO=3.3V)
High speed模式输入数据时序如图3所示。其中,tISU为建立时间,即此模式下SDIO接口要求的数据在时钟采样前的稳定时间,tIH为保持时间,即此模式下SDIO接口要求的数据在时钟采样后的保持原电平的时间。

High speed模式输出数据时序如图4所示。其中,tODLY(max)为输出数据相对于时钟上升沿,出现在接口上的最大时延,tOH为输出数据相对于时钟上升沿,出现在接口上的最小时延。

High speed模式的时序约束如表4所示。
表 4 High speed模式时序约束表 (VDDIO=3.3V)
说明:High speed模式的数据信号时序,其输出数据和输入数据都是由时钟的上升沿为参考。
SDR25模式为SDIO经过电压切换流程之后才能进入的模式,此模式要接口时钟最大支持到50MHz。对时钟的约束如下表所示。
表 5 SDR25模式时钟参数表 (VDDIO=1.8V)
表 6 SDR25模式时序约束表 (VDDIO=1.8V)
SPI接口时序¶
说明: 以下缩略语或字母含义:
MSB:Most Significant Bit
LSB:Least Significant Bit
SPI_CK(0):spo=0
SPI_CK(1):spo=1
SPI接口时钟时序如图1所示。
注:
用作Master时,时钟周期最小值为33.3ns@1.1V (30MHz)、62.5ns@1.0V(16MHz);
用作Slave时,时钟周期最小值为80ns@1.1V(12.5Mhz)、200ns@1.0V(5Mhz)。
SPO(SPICLKOUT Polarity)表示SPICLKOUT极性,SPH(SPICLKOUT Phase)表示SPICLKOUT相位。
表 1 SPI接口时序参数表
注意事项¶
硬件设计¶
在硬件设计中的几个注意事项:
针对RST_N管脚需要做外部上拉,为了满足低功耗设计,建议使用1MΩ电阻,在较强干扰环境,可适当减小阻值增强上拉抗扰能力。
支持外置RTC功能的芯片,当硬件方案不使用外置RTC时,RTC_IN管脚板级预留接地电阻位置,若芯片应用场景存在环境或板级干扰,建议RTC_IN管脚板级接地,RTC_OUT管脚保持悬空,增强抗干扰能力。板级禁止RTC_IN和OUT管脚同时接地。
针对硬件配置字等GPIO(比如MGPIO14/15)需要做外部上下拉时,建议使用10kΩ电阻;而且当需要深睡保活时,建议睡眠之前配置该GPIO为高阻(复用成GPIO模式后先配置输入态再关闭IE)且无拉状态,目的是为了降低深睡漏电流。
MGPIO16管脚有负电压输入时,可能会导致芯片复位,使用时应避免该管脚出现负压;PCB设计有长走线时,建议走内层,避免受到外部干扰;在使用该IO作为输入唤醒功能时,建议默认状态保持高电平,使用低电平或者下降沿唤醒。
当需要在深睡保活状态针对某GPIO进行上拉唤醒时,需要在睡眠之前对该GPIO配置为输入且无拉状态。
WS53V100的参考设计单板经过发射EVM、接收灵敏度、认证等WiFi射频指标测试。围绕WS53V100芯片的去耦电容容值及摆放位置尽量不要变动,如果必须修改,需要针对单板发射EVM、接收灵敏度、认证等WiFi射频指标进行详细摸底测试。
RF链路使用LC组成的π形低通滤波器建议不要更改,尤其是接地电容的地焊盘和地孔处理方式。
建议在RF链路上添加接地的ESD射频电感,感值为10nH,摆放位置靠近天线端。
提供的参考设计与器件选型主要是实验室测试与样品测试。用户在量产导入时,建议进行全面的产品硬件测试与评估,按照量产流程逐步完成导入。
单板生产工艺¶
单板生产工艺的几个注意事项:
单板分板需要使用机器分板,严禁手工分板。
手工焊接前请做好静电放电处理,佩戴静电手镯。
PCB存储条件建议:
OSP(Organic Solderability Preservative)板
真空包装前后的存放条件:温度20℃~30℃,相对湿度50%。真空包装后寿命3个月~1年。储存时间超过6个月时,通常拆封后即可组装,但为了避免板材储藏湿气造成爆板,可以烘烤方式来去除板内湿气,烘烤条件为110℃~120℃,1h(最长时间不要超过1.5h)。
喷锡板
真空包装前后的存放条件:温度25℃,相对湿度60%。真空包装后寿命1年。储存时间超过6个月时,通常拆封后即可组装,但为了避免板材储藏湿气造成爆板,可以烘烤方式来去除板内湿气,烘烤条件为120℃,1h(最长时间不要超过1.5h)。
缩略语¶
Low Voltage Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor |
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