BC7161 參數配置及須知 - Holtek

BC7161 參數配置及 Layout 須知

AN0547TC V1.00 1 / 9 May 13, 2020


文件編號：AN0547TC

簡介

Holtek 公司設計生產的 BC7161 是一產生藍牙®信標(Beacon)信號射頻發射器，使用非整數鎖

相倍頻技術(Fractional-N PLL)及整合了輸出放大器(PA)，使得產品性價比能逹最佳結果。

BC7161 控制方式是利用 I2C 介面控制，利用另一顆 MCU 透過 I2C 介面對 BC7161 作設定並

發射射頻信號。BC7161 是一款藍牙信標發射器，可配合手機上藍牙功能和相關 APP 做接收，

進行信標產品的開發/應用，例如室內定位、智慧型家電、玩具等等藍牙接收應用。

對於初次接觸射頻產品設計工程師，在實際設計射頻產品時，常會遇到不易釐清問題，Holtek

針對 BC7161 準備了在實際產品設計時，較常遇到的問題解答，可讓產品工程師快速瞭解此

信標發射器性能，在遇到問題時也可通過本文將問題範圍收斂。本文將說明 BC7161 參數配

置方式及 Layout 注意事項。

功能說明

BC7161 是一藍牙信標發射器，其中佔用頻道、輸出能量大小及傳輸資料等，可用微控制器

透過 I2C 介面，對暫存器作設定後，BC7161 便會將資料調變成藍牙信標訊號傳送出去。下

圖為 BC7161 設計架構，除了電源外，還需天線、匹配電路、微控制器及 BC7161。

SCLSDA

VDDRF

DVDD

XOIN

RFOUT

CLDO

MCU

EP

VDD

Matching Circuit

圖 1、BC7161 應用結構圖


AN0547TC V1.00 2 / 9 May 13, 2020

信標(Beacon)

信標是藍牙低功耗設備(BLE)中技術術語，一般來說該設備不接受連接，並且允許智慧型手

機透過應用程式(APP)來確認設備所有資訊。信標的編碼方式依照一個或多個標準廣播封包

位元組(Advertising Packet Fields)來制定，目前已知的方案有三種在使用，我們將這些變化稱

為"資料幀格式"(Frame Formats)。分別有 Apple 的 iBeacon、Radius Networks 的 AltBeacon 和

Google 的 Eddystone。

創建信標應用程式的應用程式開發人員需要知道其應用程式必須使用的信標所使用的幀格

式，並能夠對其進行解碼。

廣播頻道(Advertising Channels)

藍牙廣播頻道有兩種，一是主要廣播頻道(Primary Advertising Channel)，另一為二級廣播頻道

(Secondary Advertising Channel)，主要廣播頻道在三個固定頻道均勻發送，此三頻道為 Channel

37、Channel 38、Channel 39 分別是使用 2402MHz、2426MHz、2480MHz。主要廣播頻道數量

可選擇只佔用其中一個或兩個頻道，以減少其他設備的干擾。主要廣播頻道被劃分為廣播

事件(Advertising Events)，其中每廣播事件可以在所有三個廣播頻道上切換(Hop)。連續廣播

事件始於第一個廣播頻道(Channel 37)。廣播事件以規律的間隔時間發送，可隨機略微修改延

遲時間以幫助避免干擾。BC7161 可使用 HOP_CH 選擇所要佔用的頻道，並且透過

PKT_PERIODS 可調整廣播間隔(Advertising Interval)時間。

Advertising(Channel 37)




Advertising Inteval

AdvertisingEvent Started

AdvertisingEvent Closed

NextAdvertising

Event StartedAdvertising Inteval = Advertising Event Period + Random

圖 2、藍牙廣播頻道時序

信標資料幀格式(Beacon Frame Formats)

信標封包格式是由藍牙廣播封包(Advertising Packets)所定義。所有的廣播封包皆為相同的結

構，共有四個部份，第一是前導碼(Preamble)、第二為存取位址(Access Address)、第三就是資

料值(Packet Data Unit: PDU)、最後則是檢查碼(CRC)。而在藍牙通訊中定義廣播頻道的存取

位址固定為 0x8E89BED6，所以前導碼的部份也就固定為 10101010b(前導碼詳情請參考 CSS)。

所以BC7161提供39位元組的空間讓使用者決定資料值內容，最後檢查碼的部份也由BC7161

依照藍牙制定規則運算。完整封包格式如下圖。


AN0547TC V1.00 3 / 9 May 13, 2020

Preamble10101010b

Access Address0x8E89BED6

Packet Data Unit(PDU)Adv Address/Data CRC

Header AdvData(Payload)

AdvAddress

PDU Type RFU Tx Addr.

Rx Addr. Length RFU

4 bits(4'b0010)

2 bits 1 bit(1/0)

1 bit(0)

2 bits6 bits

LSB MSB

1 octet 4 octets 39 octets 3 octets

2 octets 6 octets 0~31 octets

圖 3、藍牙廣播資料幀格式

最後 BC7161 在資料送出前會再把資料值及檢查碼做數據白化(Data Whitening)後，才將資料

發射出。(有關數據白化的詳細資訊請參考 CSS)

工作原理

BC7161 是一個使用非整數鎖相倍頻技術的藍牙信標發射器，整合了非整數倍頻器、頻率調

變器及輸出放大器這幾個部份，具體結構如下圖示：

PARFOUT XOIN

VDDRF

SCL

DigitalControl

DSM

Loop Filter CP/PFD

MMD

Synthesizer

POR

LDOs

BG

MUX +Filter

RegisterSDA

GIO3

DVDD

CLDO

: Expose Pad

GND

DCXO

LIRC

VCOCal.

Channel Setting

圖 4、BC7161 結構圖


AN0547TC V1.00 4 / 9 May 13, 2020

控制暫存器

在瞭解了藍牙信標通訊條件後，接下來我們來瞭解這顆 BC7161 內部提供了那些暫存器設定，

以控制我們想使用的頻道、功率及想傳送的資料內容。如表 1 所顯示的是 BC7161 內部所有

的暫存器。

Register Name Addr. R/W Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0

CFG0 00h RW ― XO_TRIM[5:0]

CFG7 07h RW Setting1

CFGC 0Ch RW RFTXP_1

CFGD 0Dh RW RFTXP_2

CFG10 10h W PDUDATA[7:0] x 39

CFG11 11h RW RSTPDUFF PDULEN[6:0]

CFG12 12h RW ― PDUDPTR[5:0]

CFG15 15h RW PKT_AUTORS[7:0]

CFG16 16h RW APRD_PTH[1:0] RNDDLY_EN PKT_APRD[4:0]

CFG17 17h RW PKT_PERIODS[7:0]

CFG18 18h RW ― PKT_PERIODS[9:8]

CFG1A 1Ah RW PKDTXSTART ― HOP_FNO[2:0]

CFG1D 1Dh RW Cal1 ―

CFG1E 1Eh RW ― Cal2

CFG25 25h RW ― GIO3S[2:0] ―

CFG26 26h RW ― GIOPU ―

CFG27 27h RW ― LSTOS LSTOM[1:0] ―

CFG2A 2Ah RW Setting2

CFG30 30h R CHIPID[7:0]

CFG31 31h R CHIPID[15:8]

CFG33 33h RW RMSOUT ― RST_RF

CFG36 36h R ― TX_FLAG

表 1、BC7161 內部暫存器

XO_TRIM：外部晶振負載電容值。

使用 49US 且 CLOAD為 12pF 的晶振時，建議設定值 0x1C。

使用 3225 且 CLOAD為 12pF 的晶振時，建議設定值為 0x1A。

若要作調整可參考下方圖示作微調。

圖 5、晶振調整曲線圖


AN0547TC V1.00 5 / 9 May 13, 2020

使用 CLOAD為 12pF 的 49US 晶振時調整斜率約為-2.95ppm，若是使用 3225 振晶則

約為-1.75ppm。

Setting1：請設定為 0b10010101。

RFTXP_1 and RFTXP_2：射頻輸出功率，設定方式請參考下表。

8SOP-EP

TX Power High Power Matching Low Power Matching

RFTXP_1 RFTXP_2 RFTXP_1 RFTXP_2

8dBm 0xA1 0xAF

5dBm 0xA2 0x67 0xA1 0xA7

2dBm 0xA2 0xA1

0dBm 0xAF 0xD7

-2dBm 0xAF 0xD7

-5dBm 0xAF 0x77 0xAF 0x73

-10dBm 0xAF 0x71 0xAF 0x71

10DFN

TX Power High Power Matching

RFTXP_1 RFTXP_2

8dBm 0xA4 0x87

5dBm 0xA2 0x83

2dBm

0dBm 0xAF 0xD7

-5dBm 0xAF 0x73

-10dBm 0xAF 0x71

PDUDATA：資料暫存器，此暫存器為 39 位元組(bytes)FIFO，寫入的第一筆資料會先傳送出。

RSTPDUFF：自動清除資料暫存器，設定為 1 時，表示在每次訊號發射完成後，會自動清除

資料暫存器。

PDULEN：傳送資料長度，最大值為 0x27。

PDUDPTR：指示資料暫存器起始位置。

PKT_AUTORS：射頻訊號發射次數。

0x00：發射一次

0x01：發射二次

… 依此累推

0xFF：則是一直發送，直到 RFTXSTART=0 才停止

APRD_PDTH：自動進入 Idle 模式時間。

0b00：1ms

0b01：1.5ms

0b10：2ms

0b11：3ms

這裡要注意一點，若是 APRD_PDTH 設定時間大於 PKT_APRD，則永遠不會進入 Idle 模式。

RNDDLY_EN：隨機延遲功能，設定為 1 時，表示在每次發射信號前會產生一個延遲時間，

而這個時間會是 250µs~8000µs 內的隨機數。


AN0547TC V1.00 6 / 9 May 13, 2020

PKT_APRD：封包重送延遲時間。

0b00000：250µs

0b00001：500µs

0b00010：750µs

…

0b11111：8000µs

PKT_PERIODS：廣播間隔時間。

間隔時間公式為：

Periods = 10ms × (1 + PKT_PERIODS[9: 0])

0b00-0000-0000：10ms

0b00-0000-0001：20ms

…

0b11-1111-1111：10240ms(10.24s)

PKT_APRD 與 PKT_PERIODS 的相對關係如下圖：

Ch37 Ch38 Ch39 Delay(Idle)

APRD : Auto-Resend Delay(Idle or Light Sleep mode)

PERIODS: Advertising Event Period

Ch37 Ch38 Ch39 Delay(Idle) Ch37 Ch38 Ch39 Delay

(Idle)

HOP_FNO[2:0]=111

圖 6

RFTXSTART：啟動廣播信號，設定為 1 後便會把資料轉換成藍牙信標格式，按所設定頻道、

延遲時間、發射次數發射出去。設定為 0 後，需要 70µs 暫停時間，在這段時

間內，無法接收任何指令，就連喚醒(WAKEUP)也無效。

HOP_FNO：廣播頻道。

0b001：啟用 37 頻道(2402MHz)

0b010：啟用 38 頻道(2426MHz)

0b100：啟用 39 頻道(2480MHz)

可以同時開啟三個頻道(0b111)，不允許全部關閉(0b000)

Cal1 & Cal2：頻率校正，在上電後請寫入 0b1，校正完畢後會自動清為 0。設定 Cal1/Cal2 時

同位址的其它位元請勿變更，設定 Cal1 時，請設定 CFG1D = 0x9E，設定 Cal2

時請設定 CFG1E= 0x35。

GIO3S：GIO3 功能設定。

0b000：無功能

0b001~0b100：保留，請勿使用

0b101：指示 RFTXSART

0b110：保留，請勿使用

0b111：指示發射狀態(TXACT)

GIOPU：上拉電阻開關，設 1 時啟動 GIO3 內建上拉電阻。

LSTOS：Light sleep 超時設定。

0b0：2ms

0b1：10ms


AN0547TC V1.00 7 / 9 May 13, 2020

LSTOM：Light sleep 超時功能。

0b00：啟動 I2C 介面超時功能

0b01/0b10：啟動 I2C 介面及 TX 超時功能

0b11：關閉超時功能，只會在 light sleep mode，不會進入 deep sleep mode

Setting2：請寫入 0b01000111。

CHIPID：IC 識別編碼，可讀出 0x7161。

RMSOUT：內建 VCO 狀態指示，為 1 時表示 VCO 振盪穩定，此位元是硬體電路所控制。

RST_RF：重設射頻暫存器，設 1 後會把 0x30~0x3F 的暫存器資料清除。

TX_FLAG：發射狀態指示，為 1 時表示正在執行射信號。

以上各個位元詳細設定方式也可參考 BC7161 DataSheet。

應用電路

BC7161 射頻輸出端需加上匹配電路，應用範例電路圖如下。

圖 7、BC7161 應用電路圖

BOM List

Designator Descriptions Value unit Manufacturer Part Number

U1 IC — Pcs Holtek BC7161

C2 Capacitor 3.3p F muRata GRM1555C1H3R3CA01

C3 Capacitor N.C.

C4 Capacitor 1.8p F muRata GRM1555C1H1R8CA01

C5 Capacitor 1p F muRata GRM1555C1H1R0CA01

C6 Capacitor 1µ F muRata GRM155R61A105KE15

C7,C9 Capacitor 10n F muRata GRM155R71H103KA88

C8,C10 Capacitor 2.2µ F muRata GRM155R61A225KE15

L1 Inductor 3.3n H muRata LQG15HS3N3S02

Y1 Crystal 32M Hz YOKETAN HC-49/US

表 3、應用電路 BOM

説明：使用 MCU 的 IO 埠接至 SDA、SCL 及 IRQ，對 BC7161 的內部暫存器做設定。另外此

應用筆記電路圖是為 8-pin SOP-EP 所設計，若是使用 10-pin DFN，天線及匹配電路需做調

整。下面便為您介紹使用 BC7161 時，在佈板時需注意事項。


AN0547TC V1.00 8 / 9 May 13, 2020

印刷電路板佈局注意事項

零件放置原則

零件擺放時優先考慮高頻訊號路徑，其零件之相關位置擺放方式，盡可能靠近 BC7161，元

件與元件的 PAD 也盡量靠近 IC，使其拉線距離愈短愈好

零件擺放時須預留 VCC、GND 之走線寬度

走線(Routing)

由於走線若為直角會造成阻抗不連續，且容易造成累積電荷，會有尖端放電的效應，容易

影響 PCB 之穩定度，因此儘量以 45 度之斜角或弧角之方式進行繞線

線與線之距離不得少於 6mils

線與貫穿孔之距離不得少於 6 mils.

相鄰兩貫穿孔之距離不得少於 6 mils

VCC 及 GND 之主幹線的線寬不得小於 12 mils

各種電源訊號線要進入 IC 前，必須先經過旁路電容後才進入 IC 電源腳

天線(Antenna)

在天線元件的下層不可鋪地(GND)，避免影響高頻訊號表現

在射頻路徑上，除了匹配零件之外，盡量避免擺放其他零件以避免影響高頻訊號特性

鋪地(GND Plane)

IC 下方 Exposed Pad 的鋪地盡量保持完整，不要有其它的走線

給天線用的匹配電路的部分，下層需鋪地(GND)，否則會影響高頻訊號表現

晶振下方的鋪地盡量保持完整，不要有其他的走線

印刷電路板佈局範例

圖 8、建議佈局(上層) 圖 9、建議佈局(下層)


AN0547TC V1.00 9 / 9 May 13, 2020

結論

本文介紹了Holtek BC7161藍牙®信標(Beacon)信號射頻發射器，其中 IC的高頻輸出端(RFOUT)

在接到天線前需加上匹配(matching)電路；而且 IC 內部的暫存器及天線的匹配電路，必需按

照使用者欲使用之頻段來做調整。

參考資料

參考文件 BC7161 DataSheet。

如需進一步瞭解，敬請瀏覽 Holtek 官方網站 http://www.holtek.com。

版本及修改資訊

Date 日期 Author 作者 Issue 發行

2019.11.22 何信智 (Ho, Walers) 第一版

免責聲明

本網頁所載的所有資料、商標、圖片、連結及其他資料等 (以下簡稱「資料」)，只供參考之

用，盛群半導體股份有限公司及其關聯企業 (以下簡稱「本公司」) 將會隨時更改資料，並

由本公司決定而不作另行通知。雖然本公司已盡力確保本網頁的資料準確性，但本公司並

不保證該等資料均為準確無誤。本公司不會對任何錯誤或遺漏承擔責任。

本公司不會對任何人士使用本網頁而引致任何損害 (包括但不限於電腦病毒、系統故障、資

料損失) 承擔任何賠償。本網頁可能會連結至其他機構所提供的網頁，但這些網頁並不是由

本公司所控制。本公司不對這些網頁所顯示的內容作出任何保證或承擔任何責任。

責任限制

在任何情況下，本公司並不須就任何人由於直接或間接進入或使用本網站，並就此內容上

或任何產品、資訊或服務，而招致的任何損失或損害負任何責任。

管轄法律

本免責聲明受中華民國法律約束，並接受中華民國法院的管轄。

免責聲明更新

本公司保留隨時更新本免責聲明的權利，任何更改於本網站發佈時，立即生效。

Documents

BC7161 參數配置及 須知 - Holtek

BC7161 參數配置及須知 - Holtek