摘 要: 簡要介紹了CSR(Cambridge Silicon Radio)公司提供的BlueCoreTM01藍(lán)牙芯片。藍(lán)牙是一項(xiàng)新興的短程無線電通信標(biāo)準(zhǔn),它使電子設(shè)備能方便地互聯(lián)起來。
關(guān)鍵詞: 藍(lán)牙技術(shù) BlueCoreTM01藍(lán)牙芯片 應(yīng)用
藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)新興的計(jì)算與通信方面的短距離(約10米)無線電信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)[1]。在這種技術(shù)的支持下,各種各樣的電子設(shè)備(包括便攜設(shè)備、家用設(shè)備、辦公設(shè)備以及汽車和航空設(shè)備等)可以在不需電纜的條件下,輕輕松松地自動(dòng)連接起來,實(shí)現(xiàn)相互通信和數(shù)據(jù)共享。
藍(lán)牙技術(shù)所描繪的誘人藍(lán)圖已逐漸引起了各大軟硬件公司的注意。愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝五大企業(yè)于1998年共同組建藍(lán)牙特殊興趣組BSIG(Bluetooth Special Interest Group),經(jīng)過短短兩年的發(fā)展,成員已由5個(gè)驟升到近2000個(gè)。根據(jù)Frost & Sullivan所進(jìn)行的一項(xiàng)研究,2000年藍(lán)牙的銷售額將從1999年的幾乎為零猛增到3670萬美元,到2006 年更有望增至6億9900萬美元[2]。目前已有不少公司生產(chǎn)出高集成度的藍(lán)牙芯片組,例如朗訊的W7020+W7400芯片組、飛利浦的LMX3162芯片、ATMEL的T2901和AT76C551芯片等。本文介紹CSR公司推出的BlueCoreTM01低復(fù)雜度、低成本、單芯片藍(lán)牙方案。
1 BlueCoreTM01的特性
目前大多數(shù)廠家所提供的藍(lán)牙方案在硬件上都分為三部分:無線電收發(fā)單元、鏈路控制單元以及鏈路管理及主機(jī)I/O單元,如圖1所示。BlueCoreTM01是在一片8mm×8mm的CMOS芯片上集成了射頻單元和基帶控制器,只要和內(nèi)含藍(lán)牙軟件棧的Flash Rom配合,即可向數(shù)據(jù)和語音設(shè)備提供全兼容的藍(lán)牙接口。
BlueCoreTM01芯片的方框圖如圖2所示,該芯片由射頻接收器、射頻發(fā)射器、射頻合成器、物理層DSP硬件引擎、猝發(fā)狀態(tài)控制器、微處理器、內(nèi)存管理單元等部分組成[3]。
1.1 射頻接收器(RF Receiver)
接收器所采用的極低中頻頻率結(jié)構(gòu)使得信道濾波器可集成到片內(nèi)。低噪放大器(LNA)的輸入端具有1dB帶外阻塞特性,因此即使與900MHz、1.8GHz或1.9GHz的蜂窩移動(dòng)電話發(fā)射器很接近也不需在射頻輸入端采取特殊濾波處理。數(shù)字式的鑒頻器提供了抗同頻干擾和鄰頻干擾的良好性能。而且,每個(gè)時(shí)隙都測量接收信號(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)幅度,從而實(shí)現(xiàn)了快速的自動(dòng)增益控制(AGC)。
1.2 射頻發(fā)射器(RF Transmitter)
發(fā)射器采用了2.4GHz的直接正交調(diào)制,使得頻率漂移極小而且調(diào)頻指數(shù)穩(wěn)定?；鶐Оl(fā)射數(shù)字濾波器保證了頻譜形狀滿足要求。最大發(fā)射功率可達(dá)+4dBm,符合二級(jí)(4dBm)和三級(jí)(0dBm)功率要求。由于片內(nèi)提供了發(fā)射增益控制,因而只需簡單地增加一級(jí)或兩級(jí)射頻功放即可符合一級(jí)(20dBm)要求。
1.3 射頻合成器(RF Synthesiser)
合成器采用了新穎的電路形式,完全集成到片內(nèi),省卻了外部的壓控振蕩器、變?nèi)荻O管或者LC振蕩電路。合成器的工作頻率僅為發(fā)射頻率的一半,減少了與射頻放大器的耦合。
1.4 物理層DSP硬件引擎(Physical Layer DSP Hardware Engine)
該硬件引擎用專門硬件電路來實(shí)現(xiàn),能夠在高速運(yùn)算的同時(shí)維持低功耗。它所實(shí)現(xiàn)的功能包括:前向糾錯(cuò)(Forward Error Correction)[1]、幀頭錯(cuò)誤控制、加密、數(shù)據(jù)白化(Data Whitening)[1]以及訪問碼比較等。此外,還能完全兼容A律、μ律、線性和CVSD(連續(xù)可變斜率增量調(diào)制[1])四種語音格式的數(shù)據(jù)。
1.5 猝發(fā)狀態(tài)控制器(Burst Mode Controller)
其功能是:發(fā)送時(shí),把先前已保存到內(nèi)存映射寄存器(MMR)中的頭信息和RAM緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)/語音合成為數(shù)據(jù)包以供發(fā)送;接收時(shí),則完成相逆的功能,把數(shù)據(jù)包分解為頭信息和數(shù)據(jù)/語音,分別存入MMR和RAM緩沖區(qū)。猝發(fā)狀態(tài)控制器的采用進(jìn)一步減輕了微處理器的工作量。
1.6 微處理器(Microprocessor)
片內(nèi)集成的通用微處理器是16位RISC結(jié)構(gòu),有足夠的能力運(yùn)行完整的藍(lán)牙軟件棧和OEM應(yīng)用程序。微處理器的結(jié)構(gòu)具有占用面積小和消耗電流小的特點(diǎn)。
1.7 內(nèi)存管理單元(Memory Management Unit)
內(nèi)存管理單元能為用戶的數(shù)據(jù)/語音信號(hào)動(dòng)態(tài)地分配環(huán)狀緩沖區(qū),提高了可用RAM的利用率。
2 BlueCoreTM01的應(yīng)用
BlueCoreTM01的典型應(yīng)用如圖3[3]。TX_A、TX_B為射頻發(fā)射輸出腳,RF_IN為射頻接收輸入腳,與天線相連。主機(jī)可以通過UART或USB與BlueCoreTM01通信,也可用專門的PCM接口來收發(fā)PCM語音信號(hào)。藍(lán)牙協(xié)議棧的軟件存儲(chǔ)在片外的FLASH ROM中,由BlueCoreTM01內(nèi)嵌的微處理器執(zhí)行。此外,BlueCoreTM01還提供了I2C接口，可直接與I2C芯片相連,而8條通用IO引腳則提供了方便的控制功能。
BlueCoreTM01是CSR提供的藍(lán)牙解決方案的第一代芯片,目前正在開發(fā)第二代和第三代芯片(代號(hào)為BlueCoreTM02/03)。第二代芯片將采用0.25微米的CMOS工藝,并且只需64引腳(BlueCoreTM01為81引腳),使芯片面積更小。而最重要的改進(jìn)是把FLASH ROM也集成到片內(nèi),使之成為徹底的單芯片方案。第三代芯片除了更進(jìn)一步縮小芯片面積以外,將在第二代的基礎(chǔ)上增加語音編解碼功能和面向應(yīng)用的定制I/O口[4]。
參考文獻(xiàn)
1 Specification of the Bluetooth System—Core，Version1.0b.http://www.bluetooth.com/developer/core_10_b.pdf
2 研究報(bào)告:藍(lán)牙產(chǎn)品銷售將大規(guī)模增長.http://www.waterwood.com.cn/news/2000/2000-01/011401.htm
3 BlueCoreTM01 Single Chip Bluetooth System.http://www.cambridgesiliconradio.com/bc01.pdf
4 Three Design Options for Implementing Bluetooth ducts.http://www.cambridgesiliconradio.com/options.htm