วงจรบลูทูธ คือส่วนที่เป็นศูนย์กลางของบลูทูธ และประกอบไปด้วยส่วนประกอบเช่น วงจรรวม (integrated circuit) ตัวเก็บประจุ (capacitor) และแหล่งกำเนิดพลังงาน ซึ่งรองรับระบบเสียงแบบมีสาย สเตอริโอไร้สาย และการรับส่งข้อมูลไร้สาย (Bluetooth module) อื่น ๆ อีกมากมาย
วงจรรวม (IC) ประกอบไปด้วยที่ชาร์ต (charger) และวงจรรักษาระดับแรงดัน (voltage regulator) การรับส่งข้อมูลไร้สายนั้น รวมไปถึงข้อมูลในการกำหนดค่า (configuration) และการตั้งค่า (setting)
การเชื่อมต่อบลูทูธจะทำได้ที่ช่วงความถี่ 2.4 GHz ในการทำงานของอุปกรณ์บลูทูธ จะมีอุปกรณ์พื้นฐาน ที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นมาสเตอร์ของอุปกรณ์ ซึ่งจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่น ๆ ที่มักเรียกกันว่า “อุปกรณ์รับ (slave)”
โปรดติดตามต่อ เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรบลูทูธ
วงจรบลูทูธ
1.1 นิยาม
ด้วยความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นทุกวันในช่องเทคโนโลยี ทำให้ชีวิต สามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้นและสะดวกสบายมากขึ้น ตั้งแต่มนุษย์ส่วนมากต้องการที่จะได้รับคำตอบผ่านเทคโนโลยี
เทคโนโลยีบลูทูธ ก็เป็นความก้าวหน้าอีกอย่างหนึ่ง ที่ทำให้การสื่อสารระหว่างอุปกรณ์นั้นไร้รอยต่อ
เทคโนโลยีบลูทูธ เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญ จากสายและเคเบิลในตำนาน ซึ่งเป็นวิธีที่ถูกใช้มากที่สุดในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์
อุปกรณ์การสื่อสารที่ถูกใช้ในรูปแบบอื่น ๆ คือ การประยุกต์ใช้สัญญาณวิทยุ สัญญาณอินฟราเรด (infrared signals) และเทคโนโลยีไร้สาย
เทคโนโลยีบลูทูธ คือความก้าวหน้าจากเทคโนโลยีอินฟาเรด (infrared technology) ก่อนหน้านี้ ในเทคโนโลยีรังสีอินฟาเรดนั้น คุณสามารถเชื่อมต่อได้เพียง 2 อุปกรณ์ในเวลาเดียวกัน ซึ่งทำให้เสียประโยชน์เป็นอย่างมาก
แต่ด้วยการเชื่อมต่อบลูทูธ ทำให้คุณสามารถเชื่อมต่อหลายอุปกรณ์ได้ในเวลาเดียวกัน และยังส่งข้อมูลได้อีกด้วย
ตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์เทคโนโลยีอินฟาเรดก็คือ ระบบการควบคุมด้วยรีโมต (remote control system) ซึ่งทำงานได้โดยสิ่งที่เรารู้จักกันแพร่หลายอย่าง “line of sight technology’ และนั่นหมายถึงคุณจะต้องชี้รีโมทไปยังเป้าหมาย เพื่อให้มันทำงาน
เทคโนโลยีประเภทนี้ เป็นการจำกัดและยังลดการประยุกต์และการใช้ในพื้นที่ที่แตกต่างกัน แต่การเชื่อมต่อด้วยบลูทูธนั้นแตกต่างกันตรงที่ มันสามารถใช้ที่ไหนก็ได้ ตราบเท่าที่ยังอยู่ในพื้นที่เดียวกันกับสัญญาณวิทยุที่ใช้
วงจรบลูทูธ ซึ่งทำงานด้วยการใช้สัญญาณวิทยุ ส่วนมากความถี่ที่กำหนดไว้สำหรับการเชื่อมต่อบลูทูธคือ 2.4 GHz อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สำหรับทุกกรณี หากมีอุปกรณ์อื่นที่ใช้ความถี่เดียวกันนี้ อาจก่อให้เกิดการรบกวนได้
โชคดีที่ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีทำให้วงจรบลูทูธใช้สัญญาณพลังงานต่ำ เพื่อป้องกันการรบกวนที่จะเกิดขึ้นจากอุปกรณ์อื่น และนี่ก็คือเหตุผลว่าทำไม อุปกรณ์บลูทูธส่วนมากใช้ได้ในระยะ 10 เมตร และอาจไม่สามารถเชื่อมต่อได้ หากอยู่นอกระยะ
วงจรบลูทูธประกอบด้วย PCB หลายชิ้น ที่มาพร้อมกับส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น ไดโอด (diodes), ตัวต้านทาน (resistors), และตัวเก็บประจุ
1.2 แผงวงจรบลูทูธ
แผงวงจรบลูทูธที่สมบูรณ์ จะต้องประกอบไปด้วยสายอากาศที่ช่วยในการรับและส่งข้อมูล วงจรไฟฟ้าบลูทูธจะต้องมีตัวเหนี่ยวนำ (inductors) อย่างน้อย 2 ตัว ซึ่งมีหน้าที่ในการปรับความต้านทานของเสาอากาศเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการทำงาน
นอกจากนี้ ยังมีแผงวงจรรองที่อยู่บริเวณด้านในของลำโพง ซึ่งเชื่อมต่อกับสายสัญญาณเสียง ปุ่มเปิดปิด และที่เปิดปิด USB และยังมาพร้อมกับไฟ LED สองดวงอีกด้วย
1.3 PCB บลูทูธ
เทคโนโลยี PCB บลูทูธ เป็นเทคโนโลยีในการติดต่อสื่อสาร ที่ใช้คลื่นความถี่ 2.4GHz ซึ่งยังเป็นคลื่นความถี่ ที่ใช้ในเทคโนโลยี Wi-fi อีกด้วย
การติดต่อสื่อสารด้วยบลูทูธ จะมีอุปกรณ์หลักที่คอยเชื่อมต่อระยะไกลกับอุปกรณ์รองได้มากสุดถึง 7 เครื่อง ครอบคลุมระยะทางมากสุด 10 เมตร
อุปกรณ์บลูทูธจะสื่อสารกันโดยการแลกเปลี่ยนรหัสที่เป็นเอกลักษณ์ และจะทำงานก็ต่อเมื่อได้รับการยิมยอมจากผู้ใช้คนอื่นเท่านั้น
หาก PCB ที่ปรากฏ อยู่ใกล้กับเสารับสัญญาณ อาจจะทำให้ความถี่เรโซแนนซ์ (resonance frequency) ลดลงได้ ดังนั้น จึงแนะนำว่า PCB ที่ใช้ในบลูทูธนั้นควรมีความหนาประมาณ 1.6 mm
นอกจากนี้ ยังแนะนำให้ไม่ต้องใส่ โลหะใด ๆ รวมถึงทองแดง ในที่ใดก็ตามที่ใกล้กับบริเวณที่มีสัญลักษณ์ GND และ GND pins ที่ต้องเชื่อมต่อกับเครื่องบิน การสลับ vias สามารถทำได้เพื่อหลีกเลี่ยงการปลดปล่อยพลังงานออกมาจาก PCB
การเชื่อมต่อบลูทูธช่วยในการถ่ายโอนสัญญาณของสเตริโอจากอุปกรณ์ไร้สาย 2 อุปกรณ์ ส่วนหูฟังจะทำหน้าที่เป็นสะพานและส่งสัญญาณเสียงไปยังอุปกรณ์ทั้ง 2 เพื่อการส่งสัญญาณที่ราบรื่น จำเป็นจะต้องมีสายบางสายที่ถูกทำบัดกรีที่ PCB เพื่อให้ส่งสัญญาณได้
PCB จะถูกทำบัดกรีที่ก้นของที่ปิด และสามารถสังเกตุได้ด้วยการเปิดฝาด้านหน้า และเอาพลาสติกที่ปิดออก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบของ PCB นั้น ๆ
วงจรเครื่องส่งสัญญาณบลูทูธ
วงจรเครื่องส่งสัญญาณบลูทูธ ช่วยในการส่งเพลงไปยังสเตริโอ และยังสามารถจับคู่บลูทูธของคุณกับอุปกรณ์อื่น ที่ทำให้คุณเพลิดเพลินไปกับเสียงเพลงแบบไร้สายได้ โดยวงจรนั้นจะต้องมีระบบชาร์จไฟ และแบตเตอรี่ที่นำมาใช้ซ้ำได้
วงจรเครื่องส่งสัญญาณประกอบไปด้วยส่วนประกอบบางอย่าง รวมไปถึงไฟแสดงสถานะ LED ที่ทำให้เครื่องส่งสัญญาณเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ของคุณได้ทันที่ที่มีการเปิดเครื่อง
นอกจากนี้ยังได้รับการออบแบบให้สามารถใช้โหมดสแตนบาย ได้จนกว่าจะมีการร้องขอส่งมายังเครื่องส่งสัญญาณ
แบตเตอร์รี่ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งอยู่ในวงจรเครื่องส่งสัญญาณบลูทูธนั้น สามารถใช้ได้นานถึง 10 ชม. ซึ่งในกรณีนี้ แบตเตอรี่ลิเธียม (lithium battery) จะเป็นที่ต้องการมากที่สุด เพราะเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้ได้นานที่สุด เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสามารถฟังเพลงได้นานยิ่งขึ้นโดยที่แบตเตอร์รี่ยังไม่หมด
ส่วนเซลล์นั้นประกอบไปด้วยวงจรเล็ก ๆ ที่มีหน้าที่ในการป้องกันตัวเองจากกระแสไฟฟ้าเกิน, การคายประจุ แรงดันไฟฟ้าเกิน และการลัดวงจร
ให้สังเกตบริการที่นำเสนอด้วยลำโพง ซึ่งจะจัดการในแผงวงจรพื้นฐานหลัก ในส่วนของแผงวงจรจะประกอบด้วย วงจรควบคุมค่าความดัน (voltage regulation) การชาร์จแบตเตอรี่ บลูทูธ และการขยายเสียง (audio amplification)
ในตอนท้ายของแผง คุณก็จะได้รับไมโครโฟนที่มีการควบคุมการเพิ่ม/ลดเสียง/หยุดชั่วคราว
ชุดแผงวงจรบลูทูธ
แผงวงจรบลูทูธจะมีชุดแผงที่ทำให้คุณมั่นใจในการเล่นเพลง หรือหัวข้ออื่น ๆ ที่มาจากโทรศัพท์ของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งรูปแบบไร้สายที่ประสบความสำเร็จผ่านเทคโนโลยีขั้นสูง โดยแผงวงจรบลูทูธ มี 3 แบบคือ
- แบบ single entity
- กับลำโพง 65mm
- กับลำโพง100mm
แผงวงจรบลูทูธ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพเสียงและการเชื่อมต่อที่ไร้รอยต่อ เนื่องจากเป็นส่วนที่สำคัญของอุปกรณ์บลูทูธ ซึ่งเป็นศูนย์กลางของชิ้นส่วนที่ควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมด หากไม่มีชุดอุปกรณ์นี้ การเชื่อมต่อและฟังก์ชั่นการทำงานที่สมบูรณ์ของอุปกรณ์บลูทูธนั้นจะไม่ทำงาน
ชุดอุปกรณ์จะมีน้ำหนักเบา ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบของผู้ผลิตอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน หมายความว่าอุปกรณ์ใดก็ตามที่คุณเลือกที่จะออกแบบ สามารถนำไปรวมเข้าด้วยกันกับชุดแผงวงจรบลูทูธได้อย่างง่ายดาย และสามารถใช้ได้กับทั้งอุปกรณ์ขนาดเล็ก และขนาดใหญ่
ส่วนต่อประสาน (interface) สำหรับชุดแผงวงจรนั้นง่ายและตรงจุด การออกแบบของชุดอุปกรณ์นี้จะเป็นลักษณะที่พยายามเชื่อมต่อกับอุปกรณ์สุดท้ายที่ถูกจับคู่เมื่อใดก็ตามที่บลูทูธในอุปกรณ์นั้นถูกเปิดอีกครั้ง
ในกรณีที่อุปกรณ์ที่ถูกจับคู่ครั้งสุดท้ายนั้นปิดหรือไม่พร้อมใช้งาน ชุดแผงวงจรบลูทูธจะถูกโปรแกรมให้พยายามจับคู่กับอุปกรณ์อื่นที่อยู่ใกล้หรืออยู่ในระยะ
ชุดแผงวงจรบลูทูธสามารถทำงานได้โดยใช้แบตเตอรี่ 2 ประเภท คุณสามารถใช้ 1A USB supply หรือ LiPo battery ก็ได้ นอกจากนี้ ตัวแผงยังมาพร้อมกับเสียงและไฟ LED ซึ่งบ่งบอกสถานะของการเชื่อมต่อบลูทูธ
คุณลักษณะบางอย่างของแผงวงจรนี้รวมไปถึง
- ไฟ LED และเสียงที่อาจบ่งบอกสถานะของการเชื่อมต่อบลูทูธ
- การเปิดอุปกรณ์เพื่อเล่นข้อความแบบไร้รอยต่อผ่านการเชื่อมต่อแบบไร้สาย
- มันถูกโปรแกรมให้มีส่วนต่อประสานกับผู้ใช้งาน (User Interface) ที่ไม่ซับซ้อน ซึ่งผู้ใช้สามารถใช้งานได้อย่างรวดเร็ว เป็นการออกแบบที่ทำให้คุณเพียงแค่ใช้ปุ่ม เปิด/ปิด เพื่อใช้งาน
- ถูกออกแบบมาเพื่อให้เชื่อมต่ออีกครั้งกับอุปกรณ์ที่จับบคู่กันครั้งสุดท้าย หรือจับคู่กับอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดในระยะ
วงจรเสียงบลูทูธ
4.1 คุณสมบัติ การใช้งาน วิธีการทำและการใช้วงจรเสียงบลูทูธ
วงจรเสียงบลูทูธจะประกอบไปด้วยลำโพง ซึ่งปกติแล้วจะถูกสร้างโดยการละลายพลาสติกเพื่อทำให้มีรูปร่างเป็นตะแกรงที่มีรู ซึ่งการทำจะประกอบไปด้วย ลำโพง 2 อัน และแบตเตอรี่
ตัวแบตเตอรี่จะมีแผงวงจรที่ป้องกันจากแรงดันชาร์ตเกิน การใช้กระแสเกิน และกระแสไฟฟ้าเกิน นอกจากนี้ยังมีเครื่องขยายเสียงที่รองรับ 2 Output และยังประกอบไปด้วย 4558 Op- Amp
การออกแบบวงจรบลูทูธเริ่มต้นที่ระดับการออกแบบวงจร ซึ่งการออกแบบนั้นขึ้นอยู่กับช่องทางที่จะนำไปใช้ด้วย ตัวอย่างเช่น บลูทูธสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานต่ำ ควรจะต้องมีลักษณะที่เป็นเครื่องมือวัดค่าความเข้มสนามแม่เหล็ก (magnetometer) การจับลักษณะการเคลื่อนไหว (accelerometer) การตรวจจับลักษณะการหมุน (gyroscope) และเซ็นเซอร์ที่วัดค่าอุณหภูมิและความชื้น
ในการสร้างแผงวงจร คุณอาจต้องการเพียงแค่ microcontroller, crystal oscillator, tunable load capacitors และ 24 MHz crystal และยังต้องมี power pins, IC, และ capacitor อีกด้วย
นอกจากนี้ คุณยังต้องมีแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและสะอาด และตัวเก็บประจุที่จ่ายไฟเพื่อกรองและรักษาเสถียรภาพของพลังงาน คุณอาจจะใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกตัว (decoupling capacitor) และ พื้นที่กักเก็บที่มีความความต้านทานทางไฟกระแสสลับ (impedance) ต่ำ
สังเกตุว่าการจะทำให้ความต้านทานทางไฟกระแสสลับต่ำสำเร็จ อาจจะต้องใช้ 1.0μF คู่ขนานกันไป และอาจจะรวมไปถึง ferrite bead* ด้วย
* ferrite bead คืออุปกรณ์ที่ถูกทำขึ้นมาเพื่อกรองสัญญาณรบกวน
4.2 วิธีการทำวงจรอุปกรณ์บลูทูธ
ในการทำวงจรบลูทูธ จะต้องเริ่มต้นด้วยการสร้างแผนผังสำหรับวงจร ซึ่งในการสร้างแผนผังนั้นอาจจะต้องใช้ซอฟต์แวร์ และจากเค้าร่างที่คุณมี คุณสามารถหาส่วนประกอบที่จำเป็นที่จะช่วยให้คุณสร้างวงจรสำเร็จได้
หลังจากนั้นก็จะสามารถเชื่อมต่อส่วนประกอบตามเส้นที่อยู่ในแบบไดอะแกรมแผนผัง (Schematic Diagram) ที่คุณมีได้ โปรเจคของคุณจะประสบความสำเร็จได้ ก็ต่อเมื่อคุณมีแบบไดอะแกรมแผนผังที่ถูกต้อง ซึ่งเป็นหารแสดงถึงความสำคัญของแผนผัง
อีกสิ่งหนึ่งที่คุณต้องคำนึงถึงในการสร้างวงจรบลูทูธคือ ส่วนต่อประสานกับผู้ใช้งาน (user interface) เป็นว่าเพราะวงจรบลูทูธทั้งหมดจึงเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับผู้ใช้ และวิธีใช้เพื่อให้บรรลุความต้องการ
คุณอาจจะต้องสร้าง Gerber file หลังจากที่ทำเสร็จ คุณสามารถส่งไฟล์ให้กับ บริษัทผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของอุปกรณ์ หลังจากยืนยันแบบแล้ว ผู้ผลิตก็จะพิมพ์แผงวงจร
อุปกรณ์หลายชนิดใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีบลูทูธ โดยทั่วไป หูฟังจะใช้ลำโพงที่เล็กกว่า
แผนผัง PCB เป็นส่วนที่ท้าทายที่สุดสำหรับการเริ่มต้น ถ้าคุณสามารถออกแบบสำหรับ PCB ได้ คุณก็จะสามารถไปต่อได้
แผนผังที่แตกต่างกันสามารถใช้กับการประกอบแผงวงจรบลูทูธได้ อย่างไรก็ตาม คุณอาจจะต้องมี Bluetooth head start สวิตช์ เครื่องขยายเสียง ไฟ LED และการปิด การเช็กให้แน่ใจว่าสายไฟไม่ข้าม head start นั้นสำคัญมาก เพราะมันอาจจะลดระยะการเชื่อมต่อของบลูทูธได้
นอกจากนี้ ระบบจะต้องไม่ถูกวางในบริเวณที่ใกล้กับตัวส่งสัญญาณ เพราะอาจจะส่งผลกระทบและมีผลต่อการส่งสัญญาณได้
เมื่อส่วนประกอบที่ต้องการถูกประกอบแล้ว คุณก็จะสามารถทำบัดกรีสายไฟและโลหะบัดกรี LED ที่เปิด /ปิด สายไฟ ลงใน PCB ของหูฟังได้
การสังเกตุถึงความเป็นไปได้ที่จะออกแบบ PCB เพื่อใช้ในสเตริโอบลูทูธนั้น ก่อนอื่นคุณจะต้องเลือกออกแบบ PCB ที่คุณมีความสนใจ และคุณยังต้องพิจารณาจำนวนชั้นที่คุณจะต้องมีอีกด้วย
สำหรับบลูทูธ จะต้องมีหลายชั้น คุณอาจจะประกอบชิ้นส่วนตามวัสดุดังนี้ คือ epoxy กระดาษใยฝ้าย (cotton paper) และ epoxy
เมื่อติดตั้งส่วนประกอบแล้ว ให้ตรวจสอบหมายเลขชนิดของส่วนประกอบ และลองรวมเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน เมื่อผ่านการติดตั้งแล้ว คุณจะสามารถทำบัดกรีได้ด้วยการ reflow โดยอาจใช้หลอดไฟอินฟราเรดหรือเตาอบเพื่อทำงานนี้ก็ได้
เมื่อโลหะบัดกรีละลาย ก็จะเชื่อมต่อส่วนประกอบลงบนแผงได้อย่างถาวร ถ้ามีส่วนประกอบที่ไม่สามารถติดตั้งได้ด้วยเครื่องจักร ก็ให้ทำด้วยมือแทน
บทสรุป
วงจรบลูทูธนั้นง่ายในการออกแบบและการสร้างชนิดของวงจร และต้องการประสบการณ์เพียงเล็กน้อย โดยวงจรจะมีหน้าที่ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี
อุปกรณ์จำนวนมากใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีบลูทูธในปัจจุบัน เพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกันและขึ้นอยุ่กับความสะดวกสบายที่มาพร้อมกัน คุณสามารถใช้วงจรบลูทูธจากวิธี DIY ก็ได้ แต่ถ้าหากไม่แน่ใจว่าจะทำอะไร ก็ควรใช้ผู้ผลิตที่มีประสบการณ์จึงจะดีกว่า
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อเราได้ผ่านช่องทางต่อไปนี้
