NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模块深度解析

在物联网与无线通信技术飞速发展的今天，UWB（超宽带）与Bluetooth LE（低功耗蓝牙）技术的融合为各类智能设备带来了更强大的功能和更广阔的应用前景。今天我们就来深入探讨一下Murata公司推出的NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模块。

文件下载：Murata 2DK型UWB，BLUETOOTH® LE组合模块.pdf

一、模块概述

该模块的初步规格编号为SP - ZZ2DK - WEB - VERSION，设计名称为Type2DK，有两个暂定的产品编号，分别是LBUA2ZZ2DK - SMP和LBUA2ZZ2DK - EVK。此规格书于2023年10月10日首次发布，需要注意的是，规格可能会由Murata公司在不另行通知的情况下进行更改。

二、关键特性

2.1 核心芯片

• 主芯片组合：采用UWB的NXP SR040和集成MCU + Bluetooth LE的NXP QN9090，这种组合使得模块在超宽带定位和低功耗蓝牙通信方面都具备出色的性能。

  2.2 标准兼容性

• UWB标准：符合IEEE802.15.4z HRP PHY标准，确保了UWB通信的高效性和稳定性。
• 蓝牙标准：支持Bluetooth LE 5.0，提供了低功耗、高速率的蓝牙通信能力。

  2.3 频段支持

• UWB频段：支持UWB的Ch5和9频段，为不同的应用场景提供了更多的选择。

  2.4 物理特性

• 尺寸：表面贴装类型，典型尺寸为19.6 x 18.2 mm，最大高度为2.3 mm，小巧的尺寸适合各种小型设备的集成。
• 重量：仅1.296 g，对设备的整体重量影响极小。
• MSL：MSL等级为3，具有较好的防潮性能。
• 环保标准：符合RoHS标准，环保无污染。

三、订购信息

• LBUA2ZZ2DK - SMP：这是产品的订购编号，适用于批量订单。
• LBUA2ZZ2DK - EVK：为评估套件，方便工程师在产品开发初期对模块进行测试和评估。

四、模块框图

模块的框图展示了其内部的结构和各个部分之间的连接关系，这对于理解模块的工作原理和进行电路设计非常有帮助。虽然文档中提供了框图的图片，但具体的电路细节还需要结合相关的技术资料进行深入分析。

五、认证信息

5.1 无线电认证

• 美国：获得了FCC ID认证，编号为VPYLB2DK，这表明该模块符合美国联邦通信委员会的相关规定，可以在美国市场合法销售和使用。
• 加拿大：IC编号为772C - LB2DK，满足加拿大的无线电认证要求。
• 欧洲：准备了EN300328和EN302065的传导测试报告。其中，EN300328的测试报告适用于客户的最终产品，而EN302065的测试报告仅供参考，不适用于最终产品。
• 日本：获得了日本的类型认证，编号为003 - 220243。

六、尺寸、标记和端子配置

6.1 尺寸参数

文档中详细列出了模块各个部分的尺寸及公差，例如长度为19.6 +/- 0.2 mm，宽度为18.2 +/- 0.2 mm等。这些精确的尺寸信息对于PCB设计和机械结构设计至关重要，工程师在设计过程中需要严格按照这些尺寸进行布局，以确保模块能够正确安装和使用。

6.2 标记含义

模块上的标记具有特定的含义，如A表示模块类型，B表示批次号，C表示序列号等。了解这些标记的含义有助于在生产和使用过程中对模块进行管理和追溯。

6.3 端子配置

文档中提供了模块的端子配置图和详细的引脚分配表，这对于电路连接和信号传输的设计非常关键。工程师需要根据这些信息正确地将模块与其他电路元件进行连接，以实现模块的各项功能。

七、模块引脚描述

7.1 引脚分配

模块共有127个引脚，文档中详细列出了每个引脚的编号和名称。其中，有许多引脚为GND（接地）引脚，这有助于保证模块的电气稳定性。此外，还有一些引脚用于调试、通信、电源供应等功能。

7.2 引脚详细说明

对于每个引脚，文档都给出了其类型、连接对象、与IC引脚的对应关系以及详细的描述。例如，SR_SWDIO引脚用于SR040的串行线调试数据传输，内部有上拉电阻；VDD_3V3_MCU引脚为QN9090提供3.3V的电源等。在设计电路时，工程师需要根据这些详细信息正确地使用每个引脚，避免出现连接错误或功能异常的情况。

八、绝对最大额定值

8.1 存储温度

模块的存储温度范围为 - 40°C至 + 85°C，在这个温度范围内，模块能够保持其物理和电气性能的稳定性。如果超出这个温度范围，可能会导致模块的性能下降或损坏。

8.2 电源电压

• VDD_3V3_MCU：最大电源电压为3.6V，超过这个电压可能会损坏QN9090芯片。
• VDD_BUF 和 VBAT_IO：最大电源电压也为3.6V，在设计电源电路时，需要确保提供的电压在这个额定值范围内。

需要注意的是，超过绝对最大额定值可能会对模块造成永久性损坏，因此在使用过程中必须严格遵守这些参数。

九、工作条件

9.1 工作温度范围

模块的工作温度范围为 - 30°C至 + 85°C，典型工作温度为 + 25°C。在不同的工作温度下，模块的性能可能会有所变化，因此在设计产品时需要考虑实际的使用环境温度，确保模块能够在合适的温度范围内正常工作。

9.2 电源电压

• VDD_3V3_MCU：工作电压范围为1.9V至3.6V，在这个范围内，QN9090芯片能够正常工作。
• VDD_BUF 和 VBAT_IO：工作电压范围为1.9V至3.6V，但在1.9V至2.4V之间时，UWB芯片组的Tx PA峰值功率不得高于9dBm，以保证模块的正常工作和性能稳定。

  9.3 数字I/O要求

  文档中详细列出了QN9090芯片GPIO引脚的各种电气特性参数，如内部上拉电阻、下拉电阻、输入输出电压等。这些参数对于设计数字电路和与其他设备进行接口连接非常重要，工程师需要根据这些参数正确地设计电路，确保信号的正确传输和处理。

十、系统电源状态和电源序列

10.1 SR040的状态图和电源模式

SR040具有不同的电源状态和状态转换，文档中提供了相应的状态图。了解这些状态和转换关系有助于优化模块的电源管理，降低功耗，提高电池的使用寿命。

10.2 电流限制器

电流限制器主要用于使用硬币电池供电的应用场景，通过限制IC的最大电流来减少电池的压力，延长电池的使用寿命。电流限制值可以通过软件进行配置，这为不同的应用需求提供了灵活性。

10.3 上电序列

文档中给出了模块的上电序列图，正确的上电序列对于模块的正常启动和工作至关重要。工程师在设计电源电路时，需要按照这个上电序列来控制电源的供应，避免出现上电异常的情况。

十一、接口

11.1 USART主设备时序

文档中列出了USART主设备的时序参数，如数据建立时间、数据保持时间、数据输出有效时间和SCLK频率等。这些参数对于设计与模块进行USART通信的主设备电路非常重要，需要确保主设备的时序与模块的要求相匹配，以实现稳定的通信。

11.2 USART从设备时序

同样，文档也给出了USART从设备的时序参数，这些参数用于设计作为从设备与模块进行通信的电路。在实际应用中，需要根据具体的通信需求和设备配置来选择合适的主从设备模式，并确保时序的一致性。

十二、参考电路

文档中提供了模块的参考电路，这为工程师进行电路设计提供了一个基本的框架。参考电路展示了模块与其他电路元件的连接方式和典型的电路参数，工程师可以根据实际的应用需求对参考电路进行适当的修改和优化。

十三、编带包装

13.1 编带尺寸

编带采用塑料材质，文档中详细给出了编带的尺寸参数，如内部腔体的角和棱半径最大为0.3mm，链轮孔10个间距的累积公差为 +/- 0.15mm等。这些尺寸信息对于编带的生产和使用非常重要，确保编带能够正确地容纳和保护模块。

13.2 卷盘尺寸

文档中提供了卷盘的尺寸图和相关参数，卷盘的尺寸设计需要考虑编带的长度和容纳量，以及在生产和运输过程中的便利性。

13.3 编带图

编带图展示了模块在编带中的排列方式和定位方法，这对于自动化生产线上的贴装设备非常重要，确保模块能够准确地被拾取和贴装到PCB上。

13.4 带头和带尾

文档中说明了带头和带尾的相关要求，如带头和带尾的长度、连接方式等。带头和带尾的设计需要考虑编带在卷盘上的安装和拆卸，以及在生产过程中的自动化操作。

13.5 其他要求

编带必须顺时针缠绕，进料孔在拉向用户时位于右侧；覆盖带和基带在无元件区域至少250mm内不粘连；覆盖带的撕裂强度最小为5N；包装单元为每卷500个；编带和卷盘都进行了防静电处理；剥离力最大为1.1N；编带和卷盘必须用防潮塑料袋密封，袋内装有干燥剂和湿度指示器。这些要求都是为了确保模块在包装、运输和存储过程中的安全性和稳定性。

十四、注意事项

14.1 存储条件

• 时间限制：建议在收到产品后的6个月内使用，超过6个月需要在使用前确认可焊性。
• 温度和湿度：产品应在未开封的包装下，存储在环境温度为5°C至35°C，湿度为20%至70%RH的环境中。温度超过40°C可能会导致包装材料变形。
• 气体环境：应存储在无腐蚀性气体（如Cl₂、NH₃、SO₂、Nox等）的环境中，以避免模块受到腐蚀。
• 机械冲击：避免对产品施加过度的机械冲击，如用尖锐物体戳包装材料、掉落产品等，以免损坏包装材料和模块。
• 开封后存储：包装开封后，产品应存储在温度低于30°C，湿度低于60%RH的环境中，并在168小时内使用。
• 湿度指示器：当包装内的湿度指示器颜色改变时，产品在焊接前需要进行烘烤，烘烤条件为125 + 5 / - 0°C，24小时，1次。由于编带和卷盘的材料不耐热，产品应放在耐热托盘上进行烘烤。

  14.2 处理条件

  在处理或运输产品时要小心，避免过度的应力或机械冲击导致产品损坏。如果产品的端子有裂缝或损坏，其性能可能会发生变化，需要谨慎处理。同时，不要用裸手触摸产品，以免影响可焊性和因静电电荷损坏产品。

  14.3 标准PCB设计

  所有的接地端子都应连接到接地图案，并且在IN和OUT端子之间应提供接地图案。建议参考标准的焊盘尺寸规格进行设计，因为PCB的图案绘制方法、接地方法、焊盘尺寸、NC端子的焊盘成型方法以及PCB材料和厚度等因素都可能会影响产品的性能。在使用非标准焊盘时，应事先与Murata公司联系。

  14.4 贴片机注意事项

  在将产品贴装到PCB上时，要注意避免因磨损的吸嘴或定位爪施加不均匀的力而导致产品损坏。为了防止产品受损，必须遵循所使用贴片机的维护规范。在定位产品时，要注意机械夹持可能会对产品造成损坏。

  14.5 焊接条件

  建议的焊接条件如文档中的图所示，最高回流温度应设置在260°C以内，回流次数不超过2次。应使用松香型焊剂或含氯量不超过0.2 wt%的弱活性焊剂。

  14.6 清洁

  由于该产品对湿度敏感，不建议进行清洁。如果进行清洁，客户需要承担因清洁过程导致的任何问题或故障的责任。

  14.7 工作环境条件

  产品设计用于正常环境条件（环境温度、湿度和压力）下的电子产品，在类似条件下使用通常不会有问题。但如果在以下环境中使用，可能会损坏产品，并可能导致漏电和异常温度：

• 含有腐蚀性气体（如Cl₂、NH₃、SOx、NOₓ等）的环境。
• 含有可燃和挥发性气体的环境。
• 多尘的地方。
• 阳光直射的地方。
• 有水溅的地方。
• 有水凝结的潮湿地方。
• 结冰的地方。

如果产品有可能在上述环境中使用，在实际使用前应咨询Murata公司。同时，在组装和测量过程中，不要对产品施加静电或过高的电压，以免导致产品性能下降或损坏。

十五、使用产品的前提条件

15.1 产品评估和确认

在将模块安装到自己的产品中时，必须确保产品已经从符合模块规格的角度进行了评估和确认。所有产品规格、数据手册和目录中的项目和参数都是基于在本规格书中指定的用途、条件和环境下使用模块的前提。因此，不要在偏离本规格书指定的条件和环境下使用模块。

15.2 软件使用

如果使用Murata公司提供或嵌入到模块中的软件（包括但不限于固件和校准参数），软件将以“现状”提供，Murata公司不保证软件无错误或能够无中断地运行，也不提供任何形式的明示或暗示保证。用户需要自行承担使用软件可能带来的风险，并在使用过程中遵守相关的规定和要求。

15.3 禁止使用场景

模块不得用于对可靠性要求特别高，以防止可能直接对第三方生命、身体或财产造成损害的应用场景，如飞机设备、航空航天设备、海底设备、发电厂控制设备、医疗设备、交通信号设备、燃烧/爆炸控制设备、防灾/防犯罪设备、运输设备（车辆、火车、船舶、电梯等）以及具有类似复杂性和/或可靠性要求的应用。如果在这些应用中使用模块，Murata公司将不承担任何未能满足要求的责任，并且用户需要赔偿和辩护因使用模块和软件而产生的所有索赔、损害、成本和费用。

15.4 知识产权和法律合规

• 知识产权：Murata公司不保证或代表授予任何与模块相关的专利、版权、掩膜作品权或其他知识产权的许可。使用模块可能需要获得第三方的专利或其他知识产权的许可，或者获得Murata公司的专利或其他知识产权的许可。
• 法律合规：不要将模块、技术信息和其他数据用于开发大规模杀伤性武器和军事用途，并且必须遵守“外汇和外贸法”、“美国出口管理条例”等相关法律法规。

  15.5 产品停产

  由于供应商停止供应材料和/或组件等原因，Murata公司可能会停止生产模块。在这种情况下，用户需要做好相应的准备和应对措施。

  15.6 样品声明

  工程样品可能会与规格有所偏差，并且由于其开发状态可能存在缺陷。Murata公司拒绝承担工程样品的任何责任或产品保修，特别是对于工程样品用于评估目的以外的使用、功能偏差或失效以及不当使用等情况。

综上所述，Murata公司的NXP SR040 + QN9090 UWB/Bluetooth LE Combo模块是一款功能强大、性能稳定的无线通信模块，但在使用过程中需要严格遵守其各项参数和要求，以确保模块的正常工作和产品的质量。希望本文能够为电子工程师在设计和使用该模块时提供有价值的参考。你在使用这款模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。