引言

       針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，各種功能高度集成的藍(lán)牙模塊日益增多。日立萬(wàn)勝模塊MBM02就是這樣一款集成了射頻電路、基帶電路、晶振和不平衡變壓器(Balun)的通用藍(lán)牙模塊。使用MBM02開(kāi)發(fā)藍(lán)牙設(shè)備可以使結(jié)構(gòu)更加緊湊、設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔。

       日立萬(wàn)勝模塊簡(jiǎn)介

       MBM02模塊符合藍(lán)牙V1.1標(biāo)準(zhǔn)，最大發(fā)射功率設(shè)計(jì)為2.5mW(4dbm)，工作電壓為3±0.3V，該模塊為11.5mm×11.5mm的正方形，厚度僅為1.8mm，對(duì)于藍(lán)牙耳機(jī)這樣對(duì)體積和重量要求都很高的移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)極為適合。

       整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)中，BlueCore2-External藍(lán)牙芯片為模塊的核心。該芯片內(nèi)部擁有自己的MCU，集成了射頻和基帶控制電路，并提供了豐富的外圍接口，包括UART、USB、PCM和12個(gè)PIO、AIO、SPI等。要注意的是USB和UART口必須分開(kāi)使用。PCM接口用于語(yǔ)音信號(hào)的傳輸，PIO接口是通用的I/O口，可以接入按鈕和指示燈，SPI接口一般用于調(diào)試，這里可用于對(duì)Flash中的軟件代碼進(jìn)行升級(jí)。

       模塊內(nèi)置了16MHz的晶振，為芯片提供工作時(shí)鐘，一塊4M Flash用于存放代碼。從圖1中還可以看到，模塊集成了不平衡變壓器和帶通濾波器，這樣在使用模塊時(shí)就可以直接外接微帶天線。另外，模塊還內(nèi)置了一個(gè)穩(wěn)壓電路為Balun等提供1.8V的工作電壓。因此，從整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)來(lái)看，只要擴(kuò)展電源控制電路及相應(yīng)的外圍接口電路即可完成一些簡(jiǎn)單藍(lán)牙設(shè)備的硬件開(kāi)發(fā)。

       藍(lán)牙耳機(jī)的設(shè)計(jì)

       總體結(jié)構(gòu)

       使用MBM02開(kāi)發(fā)藍(lán)牙耳機(jī)主要包括這樣幾個(gè)部分：功能按鍵和狀態(tài)指示、PCM編解碼和電源的提供及監(jiān)測(cè)電路。

       功能按鍵和狀態(tài)指示電路

       主要考慮如何使用模塊的PIO口，模塊開(kāi)放了PIO0~PIO7共8個(gè)輸入/輸出口，在設(shè)計(jì)中使用情況如下：PIO7~PIO4用于擴(kuò)展四個(gè)功能按鍵，控制接聽(tīng)與掛機(jī)、音量增大、音量減小、睡眠模式與待機(jī)模式的轉(zhuǎn)換控制。

       PIO3~PIO2接LED指示燈用于狀態(tài)指示，表示當(dāng)前所處狀態(tài)是匹配模式還是連接待機(jī)模式。

       PIO1、PIO0為復(fù)用的I/O口，既可以控制內(nèi)部功放也可以作為一般I/O口使用。由于藍(lán)牙耳機(jī)的通信距離一般保持在3~5m，不需要打開(kāi)內(nèi)部功放，所以此處使用PIO1作為一般I/O口來(lái)控制PCM編解碼器的打開(kāi)和關(guān)閉，PIO0保留。

       PCM編解碼電路

       PCM編解碼器通過(guò)13bit的雙向脈沖編碼調(diào)制接口直接與藍(lán)牙模塊相連，模塊通過(guò)這個(gè)接口發(fā)送和接收數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。PCM接口主要由四路信號(hào)組成：PCM_SYNC為8KHz的同步信號(hào)，PCM_CLK為最高256KHz的連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)，PCM_IN接收經(jīng)過(guò)編碼的麥克風(fēng)語(yǔ)音信號(hào)，PCM_OUT將接收到的遠(yuǎn)端藍(lán)牙傳來(lái)的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)送給編解碼器，經(jīng)解碼驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出。此處使用了Motorola的MC145483編解碼芯片作為PCM編解碼器，這是一塊13bit的線性脈沖編碼調(diào)制芯片，可以提供高質(zhì)量的語(yǔ)音通信，而且外圍電路簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電阻比值即可改變麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的增益大小。

       電源電路

       電源電路由穩(wěn)壓電路和電壓監(jiān)測(cè)電路構(gòu)成。由于模塊內(nèi)置了1.8V的穩(wěn)壓電路，這里只需添加3V的穩(wěn)壓電路。本文采用3.6V或4.2V的鋰電池供電，經(jīng)XC6209穩(wěn)壓成3V后輸出供給整個(gè)耳機(jī)工作。電壓監(jiān)測(cè)電路主要起保護(hù)作用，正常情況下，XC61C輸出與輸入相同，不影響耳機(jī)的工作。當(dāng)鋰電池電壓過(guò)低時(shí)，為防止鋰電池過(guò)度放電，XC61C輸出低電平送給穩(wěn)壓芯片的使能端CE，關(guān)閉XC6209，切斷對(duì)耳機(jī)的供電，達(dá)到保護(hù)的目的。為了減小耳機(jī)體積和成本，對(duì)鋰電池的充電管理電路單獨(dú)做在充電器中。

       藍(lán)牙耳機(jī)是一種使用電池供電的移動(dòng)設(shè)備，當(dāng)建立語(yǔ)音連接時(shí)平均電流為33.5mA，最大可達(dá)60mA，待機(jī)時(shí)平均電流為47mA。為了延長(zhǎng)耳機(jī)的使用時(shí)間，必然要最大限度地降低整個(gè)電路的功率損耗，除了選用低功耗器件外，本文還采取了以下幾個(gè)措施：

       1. 藍(lán)牙耳機(jī)在不工作時(shí)盡量處于休眠模式而不是待機(jī)模式，有電話時(shí)，通過(guò)軟件設(shè)置喚醒耳機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，處于休眠模式時(shí)電流可以控制在mA級(jí)，大大延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。

       2. 使用PIO1控制編解碼器的打開(kāi)與關(guān)閉。在沒(méi)有語(yǔ)音連接時(shí)，編解碼器一直是不工作的，當(dāng)需要建立語(yǔ)音連接時(shí)，通過(guò)軟件對(duì)PIO1置高電平激活編解碼器，然后建立SCO進(jìn)行通話。

       3. 改變麥克風(fēng)的偏置。通過(guò)電阻RK接在麥克風(fēng)和編解碼器的VAG上，由VAG提供偏置，而不是由VREG分壓引入，這樣，編解碼器不工作時(shí)，麥克風(fēng)上沒(méi)有電流通過(guò)。

       4. 通過(guò)軟件控制PIO3、PIO2口的輸出電平來(lái)控制占空比。在不影響LED指示的情況下，盡可能延長(zhǎng)燈滅的時(shí)間，并且在燈亮?xí)r采用快速脈沖控制，利用人眼的視覺(jué)效應(yīng)感覺(jué)燈在200ms期間也是一直亮著的，以減小在LED上的損耗。

       工作過(guò)程

       當(dāng)耳機(jī)通上電源后，匹配模式指示燈開(kāi)始閃爍，打開(kāi)藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)行設(shè)備查找，找到設(shè)備后輸入PIN碼，匹配成功則連接模式指示燈開(kāi)始閃爍，此時(shí)耳機(jī)即處于待機(jī)模式，可以正常工作了。當(dāng)有來(lái)電時(shí)，耳機(jī)中也會(huì)傳來(lái)與手機(jī)同步的振鈴音，按下接聽(tīng)按鍵，在耳機(jī)和手機(jī)之間就會(huì)建立起SCO鏈路傳輸語(yǔ)音，語(yǔ)音的傳輸速率為64kbit/s，接聽(tīng)結(jié)束后，手機(jī)和耳機(jī)任意一方均可掛斷拆除SCO鏈路，耳機(jī)恢復(fù)待機(jī)模式。

       結(jié)語(yǔ)

       使用MBM02開(kāi)發(fā)的藍(lán)牙耳機(jī)，在雙面布線和板載天線的場(chǎng)合，所需的PCB大小可以控制在28mm×35mm以?xún)?nèi)。這種高集成度的藍(lán)牙模塊使工程技術(shù)人員可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景快速開(kāi)發(fā)藍(lán)牙設(shè)備，減小設(shè)備體積。