摘 要: 簡要介紹了CSR(Cambridge Silicon Radio)公司提供的BlueCoreTM01藍牙芯片。藍牙是一項新興的短程無線電通信標準,它使電子設備能方便地互聯起來。
關鍵詞: 藍牙技術 BlueCoreTM01藍牙芯片 應用
藍牙技術是一項新興的計算與通信方面的短距離(約10米)無線電信號傳輸標準[1]。在這種技術的支持下,各種各樣的電子設備(包括便攜設備、家用設備、辦公設備以及汽車和航空設備等)可以在不需電纜的條件下,輕輕松松地自動連接起來,實現相互通信和數據共享。
藍牙技術所描繪的誘人藍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于1998年共同組建藍牙特殊興趣組BSIG(Bluetooth Special Interest Group),經過短短兩年的發展,成員已由5個驟升到近2000個。根據Frost & Sullivan所進行的一項研究,2000年藍牙的銷售額將從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出高集成度的藍牙芯片組,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低復雜度、低成本、單芯片藍牙方案。
1 BlueCoreTM01的特性
目前大多數廠家所提供的藍牙方案在硬件上都分為三部分:無線電收發單元、鏈路控制單元以及鏈路管理及主機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,只要和內含藍牙軟件棧的Flash Rom配合,即可向數據和語音設備提供全兼容的藍牙接口。
BlueCoreTM01芯片的方框圖如圖2所示,該芯片由射頻接收器、射頻發射器、射頻合成器、物理層DSP硬件引擎、猝發狀態控制器、微處理器、內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構使得信道濾波器可集成到片內。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的蜂窩移動電話發射器很接近也不需在射頻輸入端采取特殊濾波處理。數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,每個時隙都測量接收信號的強度并調整前端LNA的增益以限制混頻器的輸入信號幅度,從而實現了快速的自動增益控制(AGC)。
1.2 射頻發射器(RF Transmitter)
發射器采用了2.4GHz的直接正交調制,使得頻率漂移極小而且調頻指數穩定。基帶發射數字濾波器保證了頻譜形狀滿足要求。最大發射功率可達+4dBm,符合二級(4dBm)和三級(0dBm)功率要求。由于片內提供了發射增益控制,因而只需簡單地增加一級或兩級射頻功放即可符合一級(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,省卻了外部的壓控振蕩器、變容二極管或者LC振蕩電路。合成器的工作頻率僅為發射頻率的一半,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現,能夠在高速運算的同時維持低功耗。它所實現的功能包括:前向糾錯(Forward Error Correction)[1]、幀頭錯誤控制、加密、數據白化(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(連續可變斜率增量調制[1])四種語音格式的數據。
1.5 猝發狀態控制器(Burst Mode Controller)
其功能是:發送時,把先前已保存到內存映射寄存器(MMR)中的頭信息和RAM緩沖區中的數據/語音合成為數據包以供發送;接收時,則完成相逆的功能,把數據包分解為頭信息和數據/語音,分別存入MMR和RAM緩沖區。猝發狀態控制器的采用進一步減輕了微處理器的工作量。
1.6 微處理器(Microprocessor)
片內集成的通用微處理器是16位RISC結構,有足夠的能力運行完整的藍牙軟件棧和OEM應用程序。微處理器的結構具有占用面積小和消耗電流小的特點。
1.7 內存管理單元(Memory Management Unit)
內存管理單元能為用戶的數據/語音信號動態地分配環狀緩沖區,提高了可用RAM的利用率。
2 BlueCoreTM01的應用
BlueCoreTM01的典型應用如圖3[3]。TX_A、TX_B為射頻發射輸出腳,RF_IN為射頻接收輸入腳,與天線相連。主機可以通過UART或USB與BlueCoreTM01通信,也可用專門的PCM接口來收發PCM語音信號。藍牙協議棧的軟件存儲在片外的FLASH ROM中,由BlueCoreTM01內嵌的微處理器執行。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提供的藍牙解決方案的第一代芯片,目前正在開發第二代和第三代芯片(代號為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。而最重要的改進是把FLASH ROM也集成到片內,使之成為徹底的單芯片方案。第三代芯片除了更進一步縮小芯片面積以外,將在第二代的基礎上增加語音編解碼功能和面向應用的定制I/O口[4]。
參考文獻
1 Specification of the Bluetooth System—Core，Version1.0b.http://www.bluetooth.com/developer/core_10_b.pdf
2 研究報告:藍牙產品銷售將大規模增長.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