Nordic nRF51/nRF52硬件开发流程说明

Nordic nRF51系列包括nRF51822/nRF51422/nRF51802等芯片，nRF52系列包括nRF52832/nRF52840/nRF52810等芯片，大家可以按照如下流程去开发nRF51/52硬件电路（nRF51/52软件开发流程请参考下一篇文章）

1. 第1步：选型评估。这个主要通过查阅nRF51/52 spec来实现的。nRF52只有一份spec，spec包含了芯片外设模块功能概述，电气特性参数，应用参考电路，封装和订购信息等内容，nRF52 spec每一个外设模块章节前面是其功能概述，最后一节则是电气特性参数展示。nRF51参考手册和 spec是分开的，其中参考手册主要描述各外设模块的功能及原理，spec则用来描述电气特性参数，应用参考电路，封装和订购信息等。
   • nRF51参考手册（reference manual）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fpdflinks%2Fref_manual.html&cp=3_2。
   • nRF51822 spec（其他nRF51 spec链接与之相似，相信大家可以自己找到）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fpdflinks%2F51822_ps.html&cp=3_4_0
   • nRF52832 spec：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fchips%2Fnrf52832_ps.html&cp=2_1_0
   • nRF52840 spec：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fchips%2Fnrf52840_ps.html&cp=2_0_0
   • nRF52810 spec：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fchips%2Fnrf52810_ps.html&cp=2_2_0
2. 第2步：申请nRF51/52开发板（Development Kit，DK）。Nordic绝大多数例子都是在nRF51/52开发板上开发和测试的，手上有nRF51/52开发板将大大方便软件工程师的开发。nRF51/52开发板也可以作为参考板来排查用户板问题。在生产测试的时候，nRF51/52开发板还可以作为gold sample去测试用户板的射频性能是否合格。最后，nRF51/52开发板还带一块正版Jlink芯片，也就是说nRF51/52开发板本身就是一个Jlink烧写器，不仅可以用来烧写板子上的nRF51/52芯片，还可以用来烧写其他用户板上的Jlink芯片。一个正版Jlink烧写器在淘宝上售价为1000人民币左右，而Nordic nRF51/52开发板官方售价才39美金，正可谓“价格厚道，感动人心”。（PS：如果你拿到Nordic nRF51/52官方DK的话，你会发现Nordic DK做工是业界最好的，没有之一！）
   • nRF51开发板编号为PCA10028，DK购买链接为：http://www.nordicsemi.com/eng/Buy-Online?search_token=nRF51-DK
   • nRF52832/nRF52810开发板编号为PCA10040，DK购买链接为：http://www.nordicsemi.com/eng/Buy-Online?search_token=nRF52-DK
   • nRF52840开发板编号为PCA10059或者PCA10056（工程版），DK购买链接为：http://www.nordicsemi.com/eng/Buy-Online?search_token=nRF52840-PDK
3. 第3步：电路设计。推荐按照nRF51/52参考电路来设计自己的电路，当然你也可以按照nRF51/52 DK（开发板）来设计自己的电路。这两种参考电路是等价的，而且都提供了完整的BOM表，原理图以及layout，供大家参考。
   • nRF51参考电路：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fpdflinks%2Fref_layout.html&cp=3_6
   • nRF52参考电路：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fpdflinks%2Fref_layout.html&cp=2_5
   • nRF51 DK电路图：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fnrf51_development.html&cp=3_1（注：在这个链接里面还有nRF51 dongle的电路图，nRF51 dongle使用了一个非常小的蛇形天线，如果你的板子空间有限，也可以参考nRF51 dongle来布线）
   • nRF52832/52810 DK电路图：https://www.nordicsemi.com/eng/nordic/download_resource/50980/7/99707889/93935
   • nRF52840 DK电路图：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fdevelopment%2Fnrf52840_pdk%2Fkit_download_content.html&cp=2_0_3_2_1
   • Nordic还提供了一些电路设计notes供大家参考：https://devzone.nordicsemi.com/tutorials/b/hardware-and-layout/posts/general-pcb-design-guidelines-for-nrf51-series
4. 第4步：蓝牙射频性能调试。蓝牙射频性能最关键的三个影响因子：匹配电路调试，天线设计调试以及晶振选择，Nordic都有相应的指导文件。
   1. 匹配电路调试：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.whitepapers%2Fdita%2Fwhitepapers%2Fpdflinks%2Fnwp_013.html
   2. 天线设计：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.whitepapers%2Fdita%2Fwhitepapers%2Fpdflinks%2Fnwp_017.html
   3. 晶振选择：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.whitepapers%2Fdita%2Fwhitepapers%2Fpdflinks%2Fnwp_015.html&cp=11_11
5. 第5步：电路图和layout review。Nordic或其代理商免费提供原理图和layout review服务，我们可以将原理图和layout提交到Nordic Devzone进行审核，一般1到2个工作日，Nordic工程师就能给予答复。电路图提交流程请参考文章（第3节：Nordic Devzone）：Nordic官网/Infocenter/Devzone/Github简介
6. 第6步：打板。如何贴片，Nordic也有相应的指导文件，目前Nordic芯片只有QFN，WLCSP和aQFN三种封装，相关贴片指导说明如下所示：
   • QFN：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.appnotes%2Fdita%2Fappnotes%2Fpdflinks%2Fnan_400-08.html
   • WLCSP：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.appnotes%2Fdita%2Fappnotes%2Fpdflinks%2Fnan_38.html
   • aQFN：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.appnotes%2Fdita%2Fappnotes%2Fnan40%2Fnan40_intro.html&cp=10_0
7. 第7步：RF测试。如果自己有专门的BLE测试设备，那么你可以自己来测试板子RF性能。如果你没有BLE测试设备，也没有关系，Nordic或其代理商免费提供BLE测试服务。只要把板子寄给Nordic代理商实验室，或者Nordic实验室，或者第三方实验室，比如R&S实验室，他们就能帮你完成BLE性能和符合性测试。你可以根据实验测试结果对板子进行二次整改。
   • RF DTM测试设备端固件及测试说明：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.appnotes%2Fdita%2Fappnotes%2Fpdflinks%2Fnan_34.html
   • 一般radio测试固件及测试说明：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.sdk5.v15.0.0%2Fnrf_radio_test_example.html&cp=4_0_0_4_5_29
8. 第8步：功耗测试。功耗测试可以参考如下链接：
   • 功耗测试介绍：https://devzone.nordicsemi.com/tutorials/b/hardware-and-layout/posts/current-measurement-guide-introduction
   • 功耗测试指南：https://devzone.nordicsemi.com/tutorials/b/hardware-and-layout/posts/nrf51-current-consumption-guide
   • BLE理论功耗计算工具：https://devzone.nordicsemi.com/power/
9. 第9步：勘误表自查。勘误表内容一般都是关于软件开发注意事项的，但不排除某些条目也跟硬件设计有关，所以正式定版之前建议自查一下勘误表，以防踩到“坑”
   • nRF51822勘误表（PAN）（其他nRF51系列链接与之类似，相信你可以自己找到）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fpdflinks%2FnRF51822_pan.html&cp=3_4_1
   • nRF52832勘误表（Errata）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Ferrata.html&cp=2_1_1
   • nRF52840勘误表（Errata）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Ferrata52840.html&cp=2_0_1
   • nRF52810勘误表（Errata）：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Ferrata52810.html&cp=2_2_1
10. 第10步（可选）：认证。根据产品需要，你可以去做BQB认证，SRRC认证，FCC认证，ETSI认证，环保测试等。像BQB认证，Nordic产品本身已经取得了相应QDID，你的认证是可以复用Nordic QDID的。
    • Nordic QDID查询。输入网址：https://launchstudio.bluetooth.com/Listings/Search，在搜索框输入“Nordic Semiconductor”，即可搜出Nordic所有QDID。
    • 环境报告：https://www.nordicsemi.com/eng/About-us/Corporate-Social-Responsibility/Environment
    • nRF52 Material composition reports (MCR) and hazardous substance reports (HSR) 报告：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf52%2Fdita%2Fnrf52%2Fnrf52_env_reports.html&cp=2_7
    • nRF51Material composition reports (MCR) and hazardous substance reports (HSR)报告 ：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.nrf51%2Fdita%2Fnrf51%2Fpdflinks%2FnRF51_env_reports.html&cp=3_8
    • 关于BT/ANT/FCC/ETSI认证，请参考Nordic说明文档：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.gs%2Fdita%2Fgs%2Fcertifying.html&cp=1_5
    • 测试固件代码（与第7步：RF测试固件代码一样）。Nordic提供了两套射频测试固件，一套是DTM测试代码，符合蓝牙DTM标准，位于目录：SDK安装目录\examples\dtm\direct_test_mode，具体说明请参考：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.sdk5.v12.3.0%2Fble_sdk_app_dtm_serial.html&cp=4_0_2_4_4；一套是Radio test测试代码，用于直接测试各个射频通道物理性能，比如频偏等，位于目录：SDK安装目录\examples\peripheral\radio_test，具体说明请参考：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.sdk5.v12.3.0%2Fnrf_radio_test_example.html&cp=4_0_2_4_5_25。一般而言，需要测试丢包率的场合，推荐使用DTM测试代码，比如BQB认证和生产测试；只需简单测试射频通道载波频率以及频偏，推荐使用radio_test代码，比如SRRC认证。
11. 第11步：搭建量产烧写环境。Nordic不提供量产烧写器，不过Nordic代理商或者淘宝网都有相关量产用的烧写工具。其实，支持SWD接口的Jlink烧写器都可以用来烧写Nordic产品。虽然Nordic不提供量产烧写器，但是Nordic提供了一个量产烧写DLL库：nrfjprog，nrfjprog可以直接在Windows命令行工具中执行，也可以使用Python脚本来执行，还可以被用户自己开发的烧写软件来调用。如需编写自己的Jlink烧写软件，请参考white paper：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.whitepapers%2Fdita%2Fwhitepapers%2Fnwp_027%2Fintro.html
12. 第12步：搭建生产测试环境。一般来说，有2种生产测试方法：一是使用昂贵的专业设备来进行生产测试，比如Litepoint，Anritsu等，二是使用Nordic的nRF51/52 DK作为gold sample去测试DUT，成本低廉效果也不错。具体请参考Nordic application note：http://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp?topic=%2Fcom.nordic.infocenter.appnotes%2Fdita%2Fappnotes%2Fpdflinks%2Fnan_34.html&cp=10_3（注：生产测试使用的固件还是前面提到的DTM固件！）
13. 第13步：小批量试生产。重点观察产品一致性，良率和产能。
14. 第14步：大批量生产。产品上市！