摘 要： 采用CSR公司單芯片藍(lán)牙IC—BlueCore5-Multimedia External（BC5）作為核心器件，以SST公司的Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K作為外圍存儲(chǔ)器件，用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)固件、系統(tǒng)密鑰和系統(tǒng)設(shè)置等，并設(shè)計(jì)了電源電路、晶振電路、天線接入電路和復(fù)位電路等外圍電路，從而搭建出一個(gè)具有低成本、低功耗、小體積等特點(diǎn)的BC5藍(lán)牙通信模塊。
關(guān)鍵詞： BC5；藍(lán)牙模塊；藍(lán)牙通信；低成本；低功耗
藍(lán)牙技術(shù)[1]給消費(fèi)者打開(kāi)了一個(gè)無(wú)線的時(shí)代，徹底地?cái)[脫了連線的束縛，盡情地享受著無(wú)拘無(wú)束的視聽(tīng)樂(lè)趣。在藍(lán)牙通信系統(tǒng)中，最重要的部分是藍(lán)牙通信主模塊，它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。承擔(dān)著信號(hào)發(fā)送、接收、處理以及去噪等眾多關(guān)鍵任務(wù)。本文針對(duì)CSR公司新推出的一款成熟的第五代產(chǎn)品BC5設(shè)計(jì)一款藍(lán)牙通信模塊。BC5相對(duì)前幾代的產(chǎn)品具備以下優(yōu)點(diǎn)[2]：
(1)完全符合藍(lán)牙V2.1+EDR規(guī)范；
(2)具備-90 dBm的接收靈敏度和8 dBm的發(fā)射功率；
(3)64 MIPS Kalimba DSP 協(xié)處理器；
(4)16 bit內(nèi)部立體聲編碼解碼器:嵌有信噪比可達(dá)95 dB的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；
(5)低至1.5 V的操作電壓，并提供1.8 V~3.6 V的I/O操作電壓；
(6)集成有1.5 V和1.8 V的線性穩(wěn)壓器，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器和電池充電器；
(7)最大可支持32 Mbit的外部Flash內(nèi)存；
(8)8 mm×8 mm×1.2 mm, 0.5 mm pitch 169-ball TFBGA的小型封裝。
1 模塊整體方案設(shè)計(jì)
整個(gè)模塊是圍繞在BC5和Flash兩塊最主要的IC上進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的。因此，主要由BC5和Flash決定了模塊大小、硬件布局、PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度和制板工藝。其中BC5單芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由2.4 GHz射頻、RAM、基帶DSP、MCU、Kalimba DSP和I/O等部分構(gòu)成[2]，功能集成度高，所需外圍器件少。
Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K的內(nèi)部各功能單元及各單元間信號(hào)流向如圖1所示。
SST39WF1601A-90-4C-B3K芯片是一款典型的16 MB的高速Flash，讀寫(xiě)周期只有90 ns，1.8 V的低操作電壓，只有0.8 mm的球間距及6 mm×8 mm大小的BGA封裝[3]。圖1中展示了Flash與BC5需要連接的有三大類(lèi)信號(hào)線：控制線、地址線和數(shù)據(jù)線。再加入相應(yīng)的操作電壓及接地線，便可實(shí)現(xiàn)兩者的相互聯(lián)接。
Flash與BC5之間的連接是模塊連接中的主要部分，但要搭建整個(gè)模塊還需要設(shè)計(jì)電源電路、晶振電路、天線接入電路和復(fù)位電路等必備外圍電路。模塊系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。
從圖2中可以看到整體方框內(nèi)包含上述所有的單元電路，在系統(tǒng)方框的外部還標(biāo)出了外接天線的接入點(diǎn)和模塊可外接的I/O端口，端口的功能與所標(biāo)注名稱一致。
2 模塊電路圖設(shè)計(jì)
2.1 BC5與Flash連接電路圖
由圖1中可以看到，F(xiàn)lash的連接主要由控制線、地址線和數(shù)據(jù)線組成。因此，在原理圖的繪制過(guò)程中，只要把三類(lèi)線分別接好，再加上操作電壓和接地等部分便可完成Flash的連接。雖然在電路圖的設(shè)計(jì)中并不顯復(fù)雜，但正是由于此部分的連線是整個(gè)模塊中最繁多的，并且由于兩塊IC的特殊封裝,導(dǎo)致在后面的PCB制作過(guò)程中，此部分是整個(gè)模塊中最復(fù)雜的一部分，具體介紹可見(jiàn)PCB設(shè)計(jì)部分。與Flash連接的詳細(xì)電路如圖3所示。
2.2 天線接入電路
在模塊RF前端要有天線引入電路，在此設(shè)計(jì)中使用來(lái)自Soshin公司的一款芯片DBF81F104。線路連接時(shí),只需把芯片的BAL引腳4和6連至BC5的K1和L1。UNBAL引腳1連接到外接天線，DC端連接到1.5 V即可。
2.3 晶振電路和復(fù)位電路
在此設(shè)計(jì)中選用NDK公司型號(hào)為NX3225DA的晶振，其基振頻率為26 MHz，采用3225表面貼裝技術(shù)。此晶振只需要通過(guò)12 pF的電容穩(wěn)定后連到BC5引腳R1和R2便可實(shí)現(xiàn)。
復(fù)位電路非常簡(jiǎn)單，主要用到一個(gè)微型復(fù)位開(kāi)關(guān)，這里選用Diptronics公司的MPTLGP1-VT/R,開(kāi)關(guān)只要連接于BC5的RST#(G13)和地之間。
2.4 電源電路
電源電路分為外接電源和內(nèi)部電壓供應(yīng)兩部分。外接電源電路部分，如圖4所示。
圖4中,在第一個(gè)方框內(nèi)，VBUS表示外接充電電壓，此電壓一方面直接加到BC5的引腳A12上，這部分可以為外接的鋰電池等可充電電池充電。線路上4.7 μF的電容C5為電路起穩(wěn)定作用。另一方面VBUS通過(guò)一個(gè)LDO線性電壓穩(wěn)壓器U2為USB接口提供3.3 V的穩(wěn)定電壓，見(jiàn)圖中第三個(gè)方框。元件U2可以選用產(chǎn)自Torex公司的XC6219A332MRN。第二個(gè)方框內(nèi)繪制的是外接電池電路，VBAT+和VBAT-分別接入到鋰電池的正負(fù)極。BAT_P網(wǎng)絡(luò)直接接到BC5的引腳B13上。
電源電路的另一部分就是芯片內(nèi)部電壓供應(yīng)。這部分的電壓來(lái)源主要由芯片BC5內(nèi)部的兩個(gè)1.5 V線性穩(wěn)壓器和一個(gè)1.8 V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供。BC5內(nèi)部還有一個(gè)1.8 V的線性穩(wěn)壓器，在此處沒(méi)有用上它，相應(yīng)的引腳給予懸空。產(chǎn)生的1.5 V和1.8 V電壓分別接入到芯片和電路各處的電壓引腳。
3 PCB制作要點(diǎn)
考慮到兩個(gè)IC的封裝大小和引腳距離以及布線的情況，模塊的電路板采用四層板設(shè)計(jì)。
從上至下，層的用途分別劃分為：
(1) 頂層：放置元件和布信號(hào)線；
(2) 第二層：鋪地線，布Flash連線；
(3) 第三層：鋪電源線；
(4) 底層：布其余信號(hào)線。
在BC5與Flash布線時(shí)，控制線、地址線和數(shù)據(jù)線均布在第二層?？紤]到BC5的特殊封裝，需要在相應(yīng)的焊盤(pán)上鉆盲孔把信號(hào)線引至第二層，方便成功布線。這兩者之間的布線工作最繁瑣，且容易出錯(cuò)。整個(gè)電路板的總大小為20 mm×22 mm。
基于BC5的優(yōu)良特性設(shè)計(jì)的藍(lán)牙通信模塊具備良好的通信功能和傳輸質(zhì)量，可被廣泛應(yīng)用于高質(zhì)量立體聲或單聲道無(wú)線耳機(jī)、車(chē)載免提裝置、無(wú)線揚(yáng)聲器、免提網(wǎng)絡(luò)電話、模擬或USB多媒體藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)等許多設(shè)備上。
參考文獻(xiàn)
[1] 錢(qián)志鴻，楊帆. 藍(lán)牙技術(shù)原理、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.
[2] Cambridge Silicon Radio Limited. BlueCore5-Multimedia External Product Data Sheet[Z]. 2007.
[3] SST, Inc. SST39WF1601 Product Data Sheet[Z]. 2006.