科洛的Smol制造指南第一期: 硬件与介绍

1420 字

7 分钟

科洛的Smol制造指南第一期: 硬件与介绍

2025-12-16

嵌入式

SlimeVR

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nordic

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嵌入式

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smol

目标
本指南的目标是, 从零开始完整设计一款搭载 nRF52 系列 SOC 的方案的 DIY Smol Slime 追踪器 PCB, 以及如何自定义自己的追踪器固件。

介绍#

Smol Slime#

Smol Slime（也称为 nRF 追踪器）是基于一种名为增强型 ShockBurst（ESB）的协议进行通信的 SlimeVR 追踪器，该协议运行在 Nordic Semiconductor 公司的 nRF52 和 nRF54L 系列系统级芯片（SoC）设备上。使用这类方案的追踪器功耗极低（典型电流消耗1ma-4ma），在使用小容量电池时即可运行数天甚至数周，续航显著长于传统的 ESP（基于 2.4GHZ WiFi）SlimeVR 追踪器。

SlimeVR

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SlimeVR-Tracker-nRF

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Smol Slime Receiver#

Smol Slime 需要一个接收器来连接追踪器与 SlimeVR 服务器之间的通信。该接收器可以连接到电脑用于 PCVR，也可以通过 OSC（Open Sound Control）与 Quest / Pico / Steam 等独立头显配合使用。

SlimeVR

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SlimeVR-Tracker-nRF-Receiver

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DIY Smol Slime#

目前，DIY Smol Slime 主要使用堆叠方案和单独设计PCB的方案。

堆叠方案通常使用无名科技的 ProMicro 开发板上叠加一个 IMU 模块，更多信息请去查看看 SlimeVR 官方的 Smol 堆叠方案，在这不过多赘述。

本指南使用单独设计制造PCB的方案制作 Smol Slime 追踪器

硬件设计#

注意
本文主要使用EasyEDA Pro(JLC EDA Pro)进行硬件设计。

硬件概述#

Smol Slime 追踪器的硬件设计主要包括以下部分:

主控制器(SOC)：nRF52/nRF54L 系列 SOC，如 nRF52840
IMU：对于Smol Slime来说,通常用于采集加速度和角加速度信息(6轴)，如 ICM45686
Magnetometer：用于采集磁力数据, 辅助校准IMU，如 QMC6309 , 部分IMU自带磁力计, 如 ICM20948 不过目前自带磁力计的9轴 IMU 型号基本都不在推荐列表内, 磁力计是可选的
电源管理：用于为 SOC 提供稳定的供电，可使用 LDO 或 DCDC (Buck 转换器), 外部电源管理是可选的, nRF52 nRF54L 系列SOC均包含内部电源管理
电池管理：用于为电池充电，对于 Smol Slime 追踪器来说, 推荐使用TP4057
电源路径选择: 用于为电源管理切换USB供电和电池供电
电池：用于供电，对于Smol Slime 追踪器来说, 推荐使用 80mah 到 300mah 容量的 3.7V 锂离子电池
天线与匹配电路：用于与接收器通信
接口：用于与 PC 通信, 如 USB-C 接口, 对于不包含 USB 外设的nRF52/54L 系列SOC, 例如nRF52832, 需要使用 UART 与 PC 通信, 或者使用CH340 等 USB 转 UART IC 转为 USB
LED：用于指示追踪器状态, 如连接状态, 充电状态等, 虽然其是可选的, 但吾强烈建议加上,不然你连追踪器开没开机都不知道

硬件选型#

主控制器(SOC)#

目前DIY Slime Smol追踪器主流的主控制器(SOC)为 nRF52840 和 nRF52833 , nRF54L15 的支持较为实验性, 且缺少USB外设。

对于Slime Smol追踪器来说, nRF52840 和 nRF52833 的关键区别在于封装和PMU上.

nRF52840 的 PMU 第一级可选 DCDC (Buck 转换器) 和 LDO, 而 nRF52833 的PMU 第一级只有LDO。
nRF52840:
nRF52833:
nRF52840 主要使用 aQFN-73 封装和 WLCSP封装 , nRF52833 主要使用 QFN-40 封装。

在设计上, 吾建议使用 nRF52840 作为主控制器(SOC), 其内部的第一级稳压器可以配置为 DCDC (Buck 转换器), 具有更高的电源转换效率。但nRF52840存在一些缺点, 其主要的aQFN-73封装和WLCSP封装的用户友好度极低, 用户友好型封装QFN-48封装则无法使用内部DCDC和USB外设。不过aQFN-73封装可以通过缩减内部EP焊盘大小, 来让你更好的进行设计。
如果你对自己的PCB Layout水平不是很有自信, 或者你打算自行焊接, 吾更建议使用QFN-40封装的nRF52833, 其更容易进行人工焊接。

所以, 最终吾建议使用 nRF52840-QIAA(aQFN-73) 和 nRF52833-QDAA(QFN-40) 作为主控制器(SOC)。

注意
需要更多 nRF52 系列 SOC 的参考,请访问 nRF52 系列SOC文档

封装预览
aQFN-73 WLCSP QFN-40

IMU#

IMU（惯性测量单元）是 Smol Slime 追踪器的 “运动感知核心”，负责实时输出加速度和角速度数据，供融合算法( VQF )推算姿态。

6 轴 IMU：集成 3 轴加速度计 + 3 轴陀螺仪，满足基本追踪需求。
9 轴 IMU：额外集成 3 轴磁力计，可改善IMU漂移问题 , 但是复杂磁场环境, 例如床垫里的金属弹簧等, 会干扰磁力计的测量, 反而降低推算姿态计算效果；若 IMU 本身不带磁力计，可外接 QMC6309 进行补充。

目前吾推荐在 DIY Smol Slime 追踪器推荐使用的 IMU 型号主要有以下几种:

型号	厂商	轴数	接口	备注
ICM-45686	TDK	6 轴	I²C/SPI	最为推荐的IMU, 需要外部有源时钟校准, 目前供货紧张(2025/12), 若可以合理的价格购买到, 则建议使用
LSM6DSV	ST	6 轴	I²C/SPI	社区汇报性能略低于 ICM-45686, 但价格更亲民, 目前供货稳定 , 在IMC-45686 供货紧张时推荐
ICM-42688P	TDK	6 轴	I²C/SPI	需要外部有源时钟校准, 汇报体验略强于LSM6DSR, 目前供货紧张(2025/12)
LSM6DSR	ST	6 轴	I²C/SPI	性能在这里是最差的, 但价格很便宜, 目前供货稳定