基于BlueCore4-ROM CSP的手機(jī)藍(lán)牙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

藍(lán)牙是無線通信領(lǐng)域最有前途的技術(shù)之一，也是當(dāng)前主導(dǎo)且唯一通過驗(yàn)證的小范圍無線傳輸技術(shù)，應(yīng)用廣泛。藍(lán)牙器件主要有基帶處理和射頻分離的雙芯片方式及兩者合一的單芯片方式，后者以其減少尺寸，降低成本，簡化各種藍(lán)牙設(shè)備的設(shè)計(jì)而成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。CSR公司推出的BlueCore4-ROM CSP與TI和Broadcom等公司的產(chǎn)品相比，集成度高，降低了功耗和軟件占用空間，擴(kuò)展了容量，提高了數(shù)據(jù)傳輸率，是目前應(yīng)用較多的藍(lán)牙器件之一。

2器件簡介

2.1主要特性

BlueCore4-ROM CSP器件特性：工作電壓范圍2.7～3.6 V，工作頻段2.40～2.48 GHz；提供8 Mbit Flash存儲(chǔ)器接口，片上具有48 Kbit RAM；占用空間很小的藍(lán)牙軟件協(xié)議CSR或者BGA，支持802.11，完全兼容藍(lán)2.0規(guī)范；USB2.0及UART主機(jī)界面，PCM音頻界面；支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音傳輸，2級(jí)功率輸出，最高可支持3 M調(diào)制模式，適用于手機(jī)或PDA等應(yīng)用。

2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1示出Bluecore4-ROM CSP器件的其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它由高頻組件加基帶控制器組成。高頻部分采用通用的TX／RX終端，簡化了外部匹配電路，省去了外部天線開關(guān)，主要由射頻接收機(jī)、射頻發(fā)射機(jī)和頻率合成器組成。其中，射頻接收機(jī)主要包括低噪放大器LNA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。采用了零中頻結(jié)構(gòu)，整合了信道濾波器。低噪放大器LNA，能配置成兩種模式，一是單一終端形式，適用于第一代藍(lán)牙系統(tǒng)；二是微分模式，適用于第二代。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC用于實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)的自動(dòng)增益控制(AGC)。它采樣接收到的信號(hào)幅度指示電壓RSSI，使前置的LNA根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的RSSI保證第一混頻器的輸入信號(hào)在有效范圍內(nèi)，這樣可改善接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和環(huán)境干擾，使其具有完整的信道濾波器。射頻發(fā)射機(jī)主要包括IO調(diào)制器、功率放大器、8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)嵌一個(gè)直接IQ調(diào)制器，支持DQPSK(2 Mb／s)和8DPSK(3 Mb／s)調(diào)制，該內(nèi)部功率放大器具有最大+6 dBm的功率放大，使該器件在2級(jí)和3級(jí)傳輸應(yīng)用中無需外部射頻功放和收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，在1級(jí)傳輸時(shí)支持外接功放，通過內(nèi)部的8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)功率控制。頻率合成器采用完整的內(nèi)置合成器，無需外部VCO(壓控振蕩器)和環(huán)路濾波器。

基帶部分主要由存儲(chǔ)器管理單元、觸發(fā)模式控制器和DSP，48 KB的RAM，4 MB的ROM及各種接口組成。存儲(chǔ)器管理單元采用動(dòng)態(tài)管理，使RAM得到有效使用。觸發(fā)模式控制器可以減少處理器在發(fā)射和接收過程中造成的干擾。DSP片內(nèi)有專門的邏輯電路，執(zhí)行前端錯(cuò)誤修正、循環(huán)冗余檢查、加密、數(shù)據(jù)擦除、音頻轉(zhuǎn)換等操作。微控制電路中由16位微控制器、中斷控制器和突發(fā)時(shí)鐘組成，用以運(yùn)行藍(lán)牙軟件包和控制主界面。

2.3主要引腳描述

RF-A，RE-B接外圍天線匹配電路。XTAL-IN，XATL-OUT：器件本振和內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)鐘都來自于外部晶振，頻率有多種可選。該系統(tǒng)選用26 MHz晶振。UART串口：該器件專門的串口，可與其他遵守RS232標(biāo)準(zhǔn)的接口通訊，該串口有UABT-TX、UART-RX、UART-RTS、UART-CTS4信號(hào)線。當(dāng)接口與其他設(shè)備相連時(shí)，UART-TX、UART-RX在兩設(shè)備間交換數(shù)據(jù)，UART-RTS、UART-CTS可用于控制。PCM：脈沖編碼調(diào)制是數(shù)字音頻信號(hào)在數(shù)字通訊通道中的標(biāo)準(zhǔn)，該器件通過硬件支持PCM數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)射和接收。I／O口：13根I／O線，PIO[0]用于RXEN；PIO[1]用于TXEN；所有的I／O口均可配置為中斷或喚醒。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1硬件電路設(shè)計(jì)

該藍(lán)牙系統(tǒng)是基于展訊SC6600D手機(jī)基帶器件設(shè)計(jì)的，由BlueCore4-ROM CSP和WM8731音頻編碼解碼器組成。由于采用了單獨(dú)的音頻編碼解碼器件，僅使用BlueCore4-ROM CSP器件少數(shù)引腳和部分端口，因此電路設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，流程簡潔，圖2示出硬件連接電路。其工作原理是根據(jù)通信需要基帶器件由軟件控制發(fā)出復(fù)位信號(hào)，上電時(shí)，首先由基帶器件的串口1對(duì)藍(lán)牙器件初始化設(shè)置。當(dāng)需要藍(lán)牙發(fā)射時(shí)，其主要傳輸和處理是來自基帶器件的MP3和通話對(duì)方的語音信號(hào)，首先使WM8731的MICIN引腳通過接收手機(jī)基帶器件SC6600D的AUXSPN／HEAD-R引腳模擬音頻輸出信號(hào)(該信號(hào)在未啟動(dòng)藍(lán)牙時(shí)傳給手機(jī)聽筒或喇叭)，在WM8731內(nèi)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換、編碼等處理后由PCM接口傳到BlueCore4-ROM CSP，再經(jīng)調(diào)制、放大等處理后傳輸至天線，由天線發(fā)射給藍(lán)牙耳機(jī)接收。接收時(shí)，主要傳輸和處理的是藍(lán)牙耳機(jī)傳輸?shù)恼Z音信號(hào)，藍(lán)牙天線接收到藍(lán)牙耳機(jī)發(fā)送的高頻信號(hào)后，傳到BlueCore4-ROM CSP內(nèi)，經(jīng)濾波、解調(diào)等處理后經(jīng)PCM接口傳輸WM8731進(jìn)行解碼和D／A轉(zhuǎn)換，再通過一個(gè)差分電路送到基帶器件的AUXMICP和AUXM-ICN引腳進(jìn)行下一步處理，最后由手機(jī)傳給通話對(duì)方。

手機(jī)藍(lán)牙還可以文件傳輸。傳輸文件時(shí)，BlueCore4-ROM CSP將接收到的數(shù)據(jù)通過串口傳輸至基帶器件的串口1，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到手機(jī)的SD卡中，同樣也可將手機(jī)SD卡中的文件通過該通路傳輸至外部藍(lán)牙接收設(shè)備。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

藍(lán)牙軟件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)包括Core(核心)和Profile(應(yīng)用協(xié)議棧)兩大部分。前者為藍(lán)牙協(xié)議核心，主要定義藍(lán)牙的技術(shù)細(xì)節(jié)；后者定義相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧，這為全球的兼容性奠定了基礎(chǔ)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)主要定義底層協(xié)議，也定義一些高層協(xié)議和相關(guān)接口。具體協(xié)議分為4層：①核心協(xié)議即藍(lán)牙連接管理協(xié)議LMP、藍(lán)牙邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP、服務(wù)檢測(cè)協(xié)議SDP)；②藍(lán)牙電纜替代協(xié)議RFCOMM；③電話傳送控制協(xié)議TCBBIN／AT；④與Internet用相關(guān)的一些高層協(xié)議。即PUDP／TCP／IP、OBEX／vCard／vCal、IrMC、E-mail、WAP和WAE等。該器件的軟件主要分為標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙HCI包和藍(lán)牙嵌入主機(jī)軟件(BCHS)；支持Bluetooth v2.0+EDR協(xié)議規(guī)范，其藍(lán)牙進(jìn)程和應(yīng)用程序能在片內(nèi)的RISC微處理器和片外主處理器兩者之間運(yùn)行。圖3給出其軟件設(shè)計(jì)流程圖。

4結(jié)語

研究了實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙功能的一種方法，出于軟件編程方便和實(shí)現(xiàn)容易的考慮，設(shè)計(jì)時(shí)借助了WM8731音頻編碼解碼器，通過采集手機(jī)的模擬信號(hào)進(jìn)行再處理，以致在信號(hào)處理上有些重復(fù)，若能直接從手機(jī)基帶器件中提起數(shù)字信號(hào)到帶藍(lán)牙器件，則可省去WM8731音頻編碼解碼器，降低成本，這將是今后的一個(gè)研究方向。