Bluetooth ASIC及其嵌入式應(yīng)用
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Bluetooth（藍(lán)牙）作為新的短程無(wú)線電通信技術(shù)，可以隨時(shí)隨地用無(wú)線接口來代替有線電纜連接，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合，如WAP、GSM、 DECT等完成身份識(shí)別后可以靈活實(shí)現(xiàn)漫游，推動(dòng)和擴(kuò)大了無(wú)線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)字和語(yǔ)音設(shè)備互連互通，實(shí)現(xiàn)個(gè)人區(qū)域內(nèi)快速靈便的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信以及資源共享。Bluetooth技術(shù)在電信、計(jì)算機(jī)、家電等方面有著廣闊的應(yīng)用前景[4] ，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間通過Bluetooth技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸；打印機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)通過Bluetooth成為無(wú)線的可移動(dòng)外設(shè)；各種家電和辦公設(shè)備通過Bluetooth技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。由Bluetooth 基帶控制器和無(wú)線射頻接收器接口組成Bluetooth模塊，可向數(shù)字和語(yǔ)音設(shè)備提供全兼容的Bluetooth 接口。通過Bluetooth 模塊的UART/PCM和USB與應(yīng)用設(shè)備的接口，可構(gòu)成Bluetooth 設(shè)備。Bluetooth 模塊功耗低，對(duì)人體危害小，應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)，易于推廣。
2 Bluetooth系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Bluetooth系統(tǒng)的功能由無(wú)線射頻收發(fā)器、基帶鏈路控制器、鏈路管理與控制以及協(xié)議棧（軟件）等部分組成（圖1），其中無(wú)線射頻收發(fā)器和基帶控制器配合可構(gòu)成完整的低功耗的Bluetooth模塊，提供高至主機(jī)控制器接口（HCI）層的功能。Bluetooth 無(wú)線射頻收發(fā)器完成空中接口的功能，采用跳頻擴(kuò)譜（FHSS）技術(shù)，在2.45GHz ISM頻段上，從起始頻率2.420GHz到終止頻率2.480GHz之間分成79個(gè)1MHz帶寬的跳頻信道，每個(gè)信道分配625μs的時(shí)間，稱為時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙用不同的跳頻信號(hào)，用偽隨機(jī)序列碼來控制，以1600次/秒的速率進(jìn)行切換，采用分時(shí)雙全工（TDD）方式發(fā)射與接收，在發(fā)射帶寬為1MHz時(shí)，有效數(shù)據(jù)速率為721kbit/s。Bluetooth無(wú)線射頻遵循FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段標(biāo)準(zhǔn)，空中鏈接范圍可達(dá)10m。
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Bluetooth基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其他一些低層常規(guī)協(xié)議，完成基帶以及鏈路的管理和控制，包括物理連接、分組、糾錯(cuò)、邏輯信道、信道管理與控制、語(yǔ)言編解碼和加密等功能。Bluetooth支持點(diǎn)與點(diǎn)和點(diǎn)與多點(diǎn)的連接，可采用無(wú)線方式將各個(gè)Bluetooth設(shè)備連成一個(gè)圍繞個(gè)人的微微網(wǎng)（Piconet），一個(gè)Piconet最多可以有256 個(gè)Bluetooth設(shè)備，其中一個(gè)主設(shè)備和七個(gè)從設(shè)備，而其他設(shè)備則處于待機(jī)狀態(tài)。幾個(gè)Piconet 可以進(jìn)一步互連形成分散網(wǎng)，一個(gè)Piconet 中的主/從設(shè)備可以是另一個(gè)Piconet 中的主/從設(shè)備。Bluetooth基帶控制器提供兩種連接方式，實(shí)時(shí)的頻載波的射頻頻率，經(jīng)環(huán)路濾波器濾波的調(diào)整電壓用來改變VCO-tank的選擇信道。接收平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器是將來自天線不平衡的無(wú)線電信號(hào)與片內(nèi)平衡信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，平衡信號(hào)可較好地抑制共模干擾，發(fā)送平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器將發(fā)送信號(hào)從平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不平衡狀態(tài)，以便天線發(fā)射。天線開關(guān)同步面向連接（SCO）和非實(shí)時(shí)的異步無(wú)連接（ACL），其中SCO為對(duì)稱連接，主要傳送語(yǔ)音或數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信號(hào)，必須在規(guī)定的時(shí)隙傳輸；ACL則以數(shù)據(jù)為主，可在任意實(shí)隙傳送。數(shù)據(jù)被打包，分組傳輸，在同一個(gè)Piconet 中不同的主從對(duì)可以使用不同的連接類型；SCO和ACL支持不同類型的數(shù)據(jù)包，都使用TDD實(shí)現(xiàn)雙全工傳輸?；鶐Э刂破魈峁┤N糾錯(cuò)方法：1/3比例前向糾錯(cuò)碼FEC、2/3比例前向糾錯(cuò)碼和數(shù)據(jù)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā) ARQ。
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Bluetooth的點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信連接和數(shù)據(jù)傳輸是靠各層協(xié)議之間的配合與互相解釋來實(shí)現(xiàn)的，大部分的Bluetooth協(xié)議棧被加載到Flash ROM中
3 Bluetooth 無(wú)線射頻收發(fā)器 PH2401的結(jié)構(gòu)特性
PHILSAR公司提供的單片無(wú)線收發(fā)器PH2401 是短程Bluetooth通信系統(tǒng)的前端，采用砷化鎵工藝制造，具有高集成度、超低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)，專門優(yōu)化用于2.4GHz無(wú)線個(gè)人系統(tǒng)，完全兼容Bluetooth規(guī)范。PH2401采用調(diào)制指數(shù)為0.3的高斯頻移鍵控（GFSK）調(diào)制方式，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由7個(gè)操作子塊組成，圖2示出各個(gè)子塊之間的互操作性。其中壓控振蕩器VCO-tank產(chǎn)生每一時(shí)隙的跳既可以從天線濾波到接收端口的轉(zhuǎn)換，也可以是從射頻控制部分的輸出端口到天線濾波器的轉(zhuǎn)換，天線開關(guān)的控制由TX-ON端口的設(shè)置來完成。
Bluetooth無(wú)線射頻收發(fā)器采用跳頻/時(shí)分雙工的傳輸機(jī)制，收發(fā)在不同的頻率和不同的時(shí)隙中，且留有220μs的收發(fā)切換時(shí)間。天線濾波器濾除接收模式時(shí)的干擾和減少發(fā)送模式時(shí)的諧波信號(hào)。 Bluetooth無(wú)線射頻收發(fā)器內(nèi)部最重要的部件是無(wú)線電數(shù)字信號(hào)處理器RDSP，這是利用射頻外差接收的信號(hào)處理與控制交換的RDSP，有大量的電路集成在這個(gè)處理器內(nèi)，如雙通道A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字鎖相與頻率合成器、串行接口、控制邏輯、可跳動(dòng)的低功耗振蕩器（LPO）、電源復(fù)位電路（POR）、分頻電路以及可編程控制邏輯寄存器。其中對(duì)指令寄存器IR的讀寫實(shí)現(xiàn)跳頻、調(diào)諧等功能。而控制寄存器用于動(dòng)態(tài)自動(dòng)頻率補(bǔ)償（DAFC）來校正接收端的頻率漂移，有兩種控制模式，快模式提供較為粗略的頻率補(bǔ)償，主要用于接入碼；慢模式提供較為精確的補(bǔ)償，用在分組頭和數(shù)據(jù)負(fù)荷中。在無(wú)線電數(shù)字信號(hào)處理器RDSP中還設(shè)有接收功率增強(qiáng)度指示（RSSI）寄存器，可在每個(gè)時(shí)隙測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度并調(diào)整前端LNA 的增益，以限制混頻器的輸入信號(hào)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)快速自制器與PH2401無(wú)線收發(fā)器接口，需要發(fā)送的數(shù)據(jù)在鏈路控制器中被裝配，加上同步字、幀頭以及CRC校驗(yàn)字，并經(jīng)白化，是否進(jìn)行加密可由用戶選擇，收到的數(shù)據(jù)則在此被解碼、檢錯(cuò)。隊(duì)列管理器完成緩沖RAM與鏈路控制器以及USB或串行主機(jī)與音頻接口之間的智能DMA傳輸。同時(shí)識(shí)別不同格式的Bluetooth數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。動(dòng)增益控制AGC。
評(píng)論