CC3200无线测试问题求帮助
查看是不是天线问题，如果原理图没问题，那可能是天线问题。
是否有TI官方的Launchpad作为对比，首先排除硬件问题，如果硬件没有问题，建议排查电源部分的电路是否工作正常，
SimpleLinkTM Wi-Fi 芯片CC3200 和CC3100 的电路板设计重点
概要
德州仪器(TI) 产品线的SimpleLink Wi-Fi CC3200 和 CC3100 是一颗针对广大物联网 (IoT)
市场的嵌入式 Wi-Fi 芯片。TI SimpleLink Wi-Fi 拥有简单易用的软件构架和实例程序，芯片
采用 0.5mm 间距的 64 管脚QFN 封装，支持单端射频链路，大大降低了射频电路板设计的
门槛。对终端用户来说，既可以选择采用射频模块方案，也可以选择投入更多的研发资源，
开发BOM 成本更低的芯片贴板（COB, Chip on Board）的方案。即使没有Wi-Fi 或射频经验
的硬件工程师来说，只要严格遵循TI 开放的参考设计和设计规则， 也可以开发出性能合
格的嵌入式WiFi 电路板。
本应用文档针对CC3200 和CC3100 自2014 年7 月投放市场以来，广大用户在电路板
设计开发中遇到的常见问题，重点讲解电路板的设计重点，以及这些设计细节对最终产品
Wi-Fi 性能的影响。
1. 产品综述
CC3200 和 CC3100 都是TI SimpleLinkTM 系列的嵌入式Wi-Fi 芯片。 CC3200 是一个支持
Wi-Fi 的片上系统 (SoC, System on Chip)，包含一个Wi-Fi 网络处理器 (NWP, Network
Processor)， 电源管理子系统外，和一颗ARM Cortex M4 核的应用处理器。CC3200 的应用
处理器最高可达 80 MHz 主频，内置 256KB 内存，为应用开发提供了丰富的接口和内部资
源。CC3200 的系统设计以安全、快速和超低功耗的Wi-Fi 和 Internet 连接为主旨，使得
Wi-Fi 智能设备可以实现电池供电和超长待机。这些特点使得CC3200 是非常理想的需要连
接到云端的智能产品的单芯片解决方案。
CC3100 是一个Wi-Fi 控制器，包含和电源管理子系统，适用于和支持 SPI 或 UART 的8
位，16 位，或32 位单片机或运行操作系统的微处理器配合使用。这主要是给对单片机或
处理器有特殊要求的客户提供了设计上的灵活性。因为CC3100 集成了TCP, UDP 网络传输
层，还集成了DNS 和 HTTP 应用层服务，这些客户可以在不增加主控芯片软件负荷的情况
下简易地给系统加上Wi-Fi 功能连接到云端。
CC3100 跟 CC3200 是完全管脚兼容（Pin to Pin）的。CC3100 的电源和射频部分跟
CC3200 完全相同，在功能上可以视为 CC3200 的子集。为简明起见，在以下关于CC3200
和CC3100 电路板设计的阐述中，将只按 CC3200 的设计来说明，所有内容同样适用于
CC3100。
2. 电源部分的设计
2.1 芯片内部 DC-DC
CC3200 的电源管理子系统包含三个直流电压 变换器 (DC-DC)，分别为 给数字部分电路
供电的Digital DC-DC， 给模拟部分电路供电的 ANA1 DC-DC, 给射频部分 PA 供电的 PA DCDC
。CC3200 常用的供电模式是2.1 V 至 3.6 V 的宽电压供电，电压源输入到芯片内部的三
个 DC-DC，三个DC-DC 进行电压变换后分别给芯片内部的数字、模拟、和射频模块供电。
低功耗Wi-Fi 智能设备经常是用两节1.5 V 的AA 或AAA 干电池串联供电，或者是把板上
5V 转成3.3V 后供电，所以宽电压供电模式适用于普遍的应用场景。
在电池直接供电模式下, 三个内部的 DC-DC 的开关噪声很大，这个时候电源部分的布
板设计对Wi-Fi 射频性能至关重要。在 1.85V 稳压源供电模式下，芯片内部的 DC-DC 不工
作，这种情况下也就没有 开关噪声。这种情况下 Wi-Fi 射频性能对电源部分的布板设计相
对不敏感。
图1 为 CC3200 3.3V Vbat 输入VIN_DCDC_PA (Pin 39) 上示波器测量出的电压纹波，电
压波动幅度达到 600 mV。 对应于 CC3200 由Radio Tool 控制数据包连续发送 (Tx Mode,
Packetized)。图2 为该状态下VIN_DCDC_ANA (Pin 37) 上的电压波形， 电压波动幅度达200
mV。图3 为VIN_DCDC_DIG (44 脚) 上的电压波形，电压波动幅度也达200mV。
图1: CC3200 发送状态下3.3V Vbat 输入VIN_DCDC_PA (Pin 39) 电压波形。
图2: CC3200 发送状态下3.3V Vbat 输入VIN_DCDC_ANA (Pin 39) 电压波形。
图3: CC3200 发送状态下3.3V Vbat 输入 VIN_DCDC_DIG (Pin 44) 电压波形
这三路电源输入上的噪声若不能恰当处理，对芯片性能影响很大。所以在CC3200 的布
板设计中，对电源的走线，去耦电容，地平面和走线的设计都有一定的要求。
2.2 Vbat DC-DC 输入电容
以TI CC3200 Launchpad 为例， 3.3V Vbat 输入管脚如下图。VIN_IO1 和 VIN_IO2 这两路
为IO 供电，电流很小1, 噪声的影响也小。在布板设计中，如图5 所示，将去耦电容C29,
C39 尽量靠近对应电源输入管脚， 去耦电容的接地脚通过过孔连接到主地层。
图4: CC3200 LaunchPad Vbat 输入电源部分原理图2
如果通过走线或表层覆铜连接到表层地，因为这样的高频噪声电流的回路不易控制。
布板要求电源部分表层不铺地铜。
图 5: CC3200 LaunchPad Pin 10 VIN_IO1 的去耦电容的接地处理
如之前图1、2、3 所示，由Vbat, 输入电容， 和芯片内部对应的DC-DC 的地形成电流
回路环路上有大量的高频开关电流，生成交变磁场辐射。交变磁场辐射是板上噪声的主要
根源。DC-DC 工作时给开关地注入开关电流，产生的交变磁场感生电压降，会导致接地反
弹。为了抑制磁场辐射，减小地反弹，就需要把高频开关电流回路最小化，同时把它们接
地走线从主地平面隔离出来。同时接地走线等效为电感，对高频噪声也有一定的抑制作用。
如图6 旨在说明VIN_DCDC_ANA，VIN_DCDC_PA, VIN_DCDC_DIG 三路Vbat 输入的三个
去耦电容C40, C38, C33 的摆放、电源和接地走线的处理方式。可以看到，三个电容的接地
是通过过孔，在第二层主地层走回CC3200 芯片下面，再通过过孔连回芯片中间的地焊盘。
在表层DC 电流输入走线和第二层接地走线上下重合，使得开关电流环路面积最小。
图6 右特别说明第二层接地走线跟主地平面的隔离。这里需要特别注意的是电容端接
地过孔的处理。因为为了降低4 层PCB 板的成本，一般只使用通孔，而不会采用1 到2 层
盲孔。这就造成一种情况，在布板后期覆铜环节，将输入电容的接地过孔在第3 层或底层
连接到地铜。这种情况下最小化和隔离开关电流环路的目的就可能落空了，因为这个时候
电流噪声和开关电流可能串到可能阻抗更低第三层和底层地去。所以在布板铺铜过程中需
要细致处理，避免出现这样的情况，一种推荐的简单处理方法是在布板过程中，在第三层
和底层的需要隔离的过孔周围画出铺铜禁区。
图 6: CC3200 LaunchPad Vbat 输入电路的布板处理; 左图：表层和第二层(主地层)显示；
右图：第二层显示。
图7 显示出TI 参考设计板 CC3200 LaunchPad 输入电容接地过孔(黄圈圈出)在底层与地
平面的连接。在最上方的过孔对应的是VIN_DCDC_DIG, 由于这一路电流较小，所以没有做
隔离，直接连接到底层地平面。而另外两个接地过孔，在底层连接到了两块很小的孤铜，
这样跟画定覆铜禁区隔离的效果相同。
图 7: CC3200 LaunchPad Vbat 输入电容接地过孔在底层的地连接
2.3 电源部分地的处理
由于在布板设计中的不同情形，不易完全照搬参考设计的布板，走线，打孔等所有细
节，所以本小节进一步阐述电源部分地的处理。
首先，表层电源部分不铺地铜。如前面章节所阐释，电源部分电容接地都是过孔连接
到第二层的主地平面; 其次，对于走大开关电流的Vbat 输入电容的接地过孔，需要特别注
意在第2, 3, 4 层做隔离; 最后, 在做COB 方案的PCB 板设计时，如果PCB 板面积大，也建
议芯片中间散热焊盘下面第三层(电源层)和第四层（数字走线层）的地铜跟本层周围的地
铜做隔离处理。因为他们都是通过过孔连接到第二层（主地层），这样就保证了芯片的地
电流都是同过第二层(主地层)回流。
一般来说，在做COB 方案的时候， 由于PCB 板面积大，在地的处理上的随意性就可
能较大，这个时候就需要特别注意电源部分地的设计对电源噪声的影响以保证Wi-Fi 射频
性能。这也是推荐采用模块方案以减小系统主板设计和测试难度和工作量的一个主要原因。
2.4 对 Wi-Fi 性能的影响
前面章节谈到的CC3200 电源部分的布板设计对Wi-Fi 性能至关重要。如果这部分设计
有问题，最直观的表现就是Wi-Fi 802.11b 的频谱遮罩(Spectrum Mask) 超标。图8 显示了
一款电源和地设计有问题的采用CC3200 COB 方案的电路板802.11b 11Mbps (CCK) 的频谱。
可以看到在高频端，频谱超过了802.11b 标准定义的遮罩 (红色的折线)。 图9 显示的是一
款设计优化的CC3200 模块802.11b 11Mbps(CCK) 的频谱。在频谱中心 +/- 20 MHz 以外，对
频谱遮罩都有 5 dB 以上的空余 (Margin)， 且越往远端，频谱越低，空余越大。
图 8： CC3200 802.11b 11M (CCK) 超标的频谱
图9： CC3200 802.11b 11Mbps (CCK) 达标的频谱
3. 射频链路
3.1 带通滤波器 (BPF)
CC3200 和 CC3100 的射频为单端输入输出，在一个管脚 （Pin 31）上复用。 发送时，
信号由 Pin 31 出来，经过一个带通滤波器 (BPF)， 在经过一个阻抗匹配网络，由一个 2.4
GHz 的天线辐射到空间中。
图10 和图11 显示了CC3200 Launchpad 的射频链路的原理图和布板。
图10：CC3200 Launchpad 射频链路原理图
图10 中FL1 为 2.4GHz 的 BPF，用以抑制二次和三次谐波和带外杂散，以符合美国的FCC,
欧洲的CE, 日本的Telec 和中国的 SRRC 等规范测试的要求。由于不同的芯片射频发射和接
收机的内部设计不同，频谱上会产生不同的杂散，所以需要一些特殊频段的信号抑制。这
颗BPF 需要是给CC3200 定制的。目前有两颗可以选择，TDK 的DEA202450BT-1294C1-H 和
华新科技 (Walsin Technology) 的RFBPF2012080AC2T00 （详细参数请参考器件规格书）。
图11: CC3200 Launchpad 射频链路布板图（紫红色高亮部分）
在具体设计产品的时候，射频部分的设计可以分成两部分，一部分是电路传导部分，
另外一部分是天线电路。借用TI 的参考设计，可以以R110/R111 的共焊盘为射频参考平
面。最终的设计目标是要保证Z1 和Z2 都是50ohm 的系统，这样，就可以保证一个良好
的传输特性。
1. 电路传导部分：
上图Z1 部分为电路传导参考平面，这一部分的设计，对于射频能力不强的客户来说，需
尽量复制TI 的参考设计。并对链路射频线做50 Ohm 的阻抗控制。
2. 天线电路及天线：
请参考3.3 章节2.4GHz 天线部分。
图 12 作为一个实例来说明 BPF 的射频性能。Marke 点 m1 和 m2 表征了带内的插入损耗
(Insertion Loss) , m11 和m12 分别大致表征二次和三次谐波的抑制性能。
图 12: Walsin TechnologyTM RFBPF2012080AC2T00 评估板实测S-Parameter 频率特性
3.2 射频走线的阻抗控制
PCB 上射频链路的走线需要控制阻抗，使其在2.4 GHz 工作频段为 50 Ohm。因为芯片，
BPF 和天线的射频性能都是优化在50 Ohm 端口阻抗的。 需要通过选择合适的传输线模型
在计算走线的宽度，跟旁边的地的间距等几何参数。常用的传输线模型为微带线
(Microstrip Line)和共面波导(CPW, Coplanar Waveguide)。微带线传输线模型主要用于4 层板
的设计(CC3200 COB 方案要求4 层板)。而共面波导模型多用于采用CC3200 模块的2 层板
上的射频线，因为2 层板。
在互联网上可以搜索到很多免费的基于网页的计算器来近似计算传输线的几何参数。
可以用射频仿真工具仿真传输线的阻抗，也可以用软件工具如 KeysightTM Advanced Design
System (ADS) 软件包里的传输线阻抗计算工具LineCalc。在图12 所显示的微带线的计算界
面中，可以输入频率、几何参数、介质和导体参数以计算对应的阻抗，也可以输入目标阻
抗以反推微带线的宽度W (特征阻抗跟传输线长度L 无关)。
图 13: KeysightTM Advanced Design System (ADS) 传输线阻抗计算工具LineCalc
在图12 中左边的参数列表中，Er 为板材的相对介电常数，FR4 板材一般为4.2 左右。
Mur 为板材的相对介磁常数，FR4 和一般PCB 板材都为1.0。 H 为表层铜跟下面的地层的
距离。Hu 为表层铜跟上方的地层的距离。因为ADS 是通过仿真来分析的，所以需要这个
参数。而在一些其他按照理论估算的工具中是没有这个参数的。这里因为上方没有地层，
所以设置了一个很大的数值以表示无穷大。T 为表层铜的厚度，0.5 Oz 铜的厚度为 0.7 mil。
Cond 为表层铜的电导率，单位为siemens/m。TanD 为介电常数的耗散参数(Dielectric Loss
Tangent)， 就是介电常数虚部跟实部的比值。
在布板时的阻抗计算主要是为了布局和走线的参考，因为在上述计算中，对于分布参
数的考量是不充分的。在送交PCB 板厂制板前的工程确认时，需要要求板厂对射频线进行
精准的阻抗控制。PCB 板厂会根据他们的更准确的板子叠层结构和介质参数来调整走线宽
度和对地间距。
3.3 2.4 GHz 天线
SimpleLink Wi-Fi 芯片CC3200 和 CC3100 工作在 2.4GHz ISM 频段 (2401 MHz – 2483 MHz) ，
在这个频段还有 2.4 GHz 私有协议， ZigBee, RF4CE, 蓝牙等应用。对这些 2.4 GHz 的应用，
天线都是通用的。 主要根据PCB 板的尺寸大小和产品结构在TI 有的参考设计 (DN035,
Antenna Selection Quick Guide) 中选择。2.4 GHz 应用常用的PCB 天线有倒 F 天线 (DN007)，
曲折线天线 (AN043)。陶瓷天线 (Chip Antenna) 有体积小，使用方便的特点。应用中需要根
据规格书和应用指南来做布板设计。这些天线都是全向天线，也就是说没有明显的方向性。
这符合一般Wi-Fi 应用的需求。
3.4 天线阻抗匹配
在图10 中，L9 和 C50 形成一个L 型的阻抗匹配网络，采用的实际的器件值一般需要
调试。最初贴板在L9 位置可以贴一个10 pF 的电容或 0 Ohm 电阻，C50 的位置可以不焊。
在图9 中的器件值是在 CC3200 Launchpad 上调试后的结果。由于不同PCB 板设计叠层结
构，介质参数，走线阻抗的差异，会造成在天线输入端不同的阻抗失配，所以这里的匹配
网络的器件的值不能照搬。
天线的阻抗匹配评估需要测量等效辐射功率(Effective Radiated Power, ERP)，对比传导
测试的天线的输入功率，通过这两个值直接的差异来判断。这个差异是天线的效率反应。
比如 50% 的效率就意味着 3 dB 的损耗。如果理想匹配，输入功率减去 3 dB 就是等效辐射
功率。在没有辐射测量的环境下，作为粗略的评估方法，可以对比CC3200 Launchpad 在比
较干净的射频环境下测试通讯距离。另外单独评估天线的性能，可以用矢量网络分析仪
(Vector Network Analyzer) 测量天线带匹配电路的反射系数S11 的频率特性, 包括器幅度频
谱|S11|和史密斯圆图 (Smith Chart)， 从而可以查看是中心频点、带宽、驻波比 (VSWR) 等
参数。
3.5 射频测试接口
CC3200 Launchpad 上J24 是Murata 通轴开关接头座 (Switching Connector, Part Number:
MM8030-2610RJ3)。扣上对应的接头后就断开下面的天线，用作传导测试射频性能。一般
在终端产品设计中不会采用。J18 为 uFL 同轴连接座，也可用作传导测试射频性能，但这
里主要是提供外接天线的接口。在J18 测试或外接天线需要手动把R111 去掉，把R100 焊
上（就是把焊在R111 焊盘上的0 Ohm 电阻逆时针转90 度）， 以把射频性号导向J18 而
不是天线。由于链路的插损不同，在J24 和 J18 测试的射频性能有细微差别。
在实际测试当中，发现Launchpad 板上的射频连接器J18 以及此类电缆的插损比较大，如
果要精确评估芯片发射功率的话，可以在R111 和R110 的共焊盘上焊接SMA 接头开口电
缆来测试， 如图14 所示。
图14： CC3200 Launchpad 上焊接SMA 头射频电缆
4. 晶振电路设计
参考时钟源对于一个电路设计来说至关重要，它关系到软件运行的稳定性和射频的性
能。本文讨论的是快时钟（40 MHz）的设计要点。
4.1 晶体选型
40 MHz 晶体需要满足两个指标。一是频率误差必须小于 +/- 25 ppm，这包含本身的误
差，在全温度范围的漂移，和老化；二是晶体的等效串联电阻 ESR 需在 40 Ohm 到 60 Ohm
之间， 过大的负载电容和ESR 会影响振荡器的起振。因为产线测试都是在室温下，建议把
频率误差控制在 +/- 10 ppm 以内。在量产中控制产品的一致性，需要和晶体供应商配合晶
体的调试。一般是使用晶体供应商提供的标准样品来调试晶体旁边的匹配电容。基于标准
样品便于晶体供应商控制批次之间的差异。
4.2 晶体的布板设计
首先，要让晶体离芯片管脚尽量近，这样可以有效减少干扰和寄生参数；其次就是对
于晶体电路部分的保护（包括负载电容）。 如下图参考设计中，把表层地分割并且在下层
用完整地做保护; 最后，在走线宽度上按参考设计，不宜太粗或太细，造成寄生电容或电
容过大。
图15： 40 MHz 晶体的布板处理
5. 总结
本应用笔记针对TI SimpleLinkTM Wi-Fi 芯片 CC3200 和CC3100 投放市场以来的客户问题
反馈，讲解了这两款芯片电路板设计的重点，主要包括射频部分，电源，以及快时钟晶体
部分布板设计需要特别注意的设计细节。
芯片的参考设计、布板指南3、和本应用笔记可以解答在CC3200 和CC3100 电路板设
计中遇到的大部分疑问。另外电路板设计工程师还可以通过在线技术论坛
(www.deyisupport.com) 跟TI 的技术专家直接交流讨论。
1 Chapter 4.5 “Electrical Characteristics”, C3200 Datasheet, SWAS032F
2 CC3200-LAUNCHXL Schematic, Rev. 4.1, http://www.ti.com/tool/cc3200-launchxl
3 “CC3100 and CC3200 SimpleLinkTM Wi-Fi and IoT Solution Layout Guidelines”, SWRU370A
借了一台矢量分析仪，结果如图，不是很能看懂，希望能够帮忙分析下。
第一个图是具有滤波器的图。该层回复是拆除滤波器以后的
通过网络分析仪，可以分析两个参数S11 和S21参数以及史密斯原图分析
驻波比和回波损耗要控制在合理范围内
能不能说的更具体一些，对比我的图，结合一下要求
频谱仪测量的信号如图
建议可以通过TI官方的Demo板和自己做的板子进行对比测试。