基于BlueCore4-ROM CSP的手机蓝牙系统设计

1 引言

蓝牙是无线通信领域最有前途的技术之一，也是当前主导且唯一通过验证的小范围无线传输技术，应用广泛。蓝牙器件主要有基带处理和射频分离的双芯片方式及两者合一的单芯片方式，后者以其减少尺寸，降低成本，简化各种蓝牙设备的设计而成为今后的发展趋势。CSR公司推出的BlueCore4-ROM CSP与TI和Broadcom等公司的产品相比，集成度高，降低了功耗和软件占用空间，扩展了容量，提高了数据传输率，是目前应用较多的蓝牙器件之一。

2器件简介

2.1主要特性

BlueCore4-ROM CSP器件特性：工作电压范围2.7～3.6 V，工作频段2.40～2.48 GHz；提供8 Mbit Flash存储器接口，片上具有48 Kbit RAM；占用空间很小的蓝牙软件协议CSR或者BGA，支持802.11，完全兼容蓝2.0规范；USB2.0及UART主机界面，PCM音频界面；支持数据和语音传输，2级功率输出，最高可支持3 M调制模式，适用于手机或PDA等应用。

2.2内部结构

图1示出Bluecore4-ROM CSP器件的其内部结构。它由高频组件加基带控制器组成。高频部分采用通用的TX／RX终端，简化了外部匹配电路，省去了外部天线开关，主要由射频接收机、射频发射机和频率合成器组成。其中，射频接收机主要包括低噪放大器LNA和模数转换器ADC。采用了零中频结构，整合了信道滤波器。低噪放大器LNA，能配置成两种模式，一是单一终端形式，适用于第一代蓝牙系统；二是微分模式，适用于第二代。模数转换器ADC用于实现快速自动的自动增益控制(AGC)。它采样接收到的信号幅度指示电压RSSI，使前置的LNA根据标准的RSSI保证第一混频器的输入信号在有效范围内，这样可改善接收机的动态范围和环境干扰，使其具有完整的信道滤波器。射频发射机主要包括IO调制器、功率放大器、8位的数模转换器，其内嵌一个直接IQ调制器，支持DQPSK(2 Mb／s)和8DPSK(3 Mb／s)调制，该内部功率放大器具有最大+6 dBm的功率放大，使该器件在2级和3级传输应用中无需外部射频功放和收发转换开关，在1级传输时支持外接功放，通过内部的8位数模转换器实现功率控制。频率合成器采用完整的内置合成器，无需外部VCO(压控振荡器)和环路滤波器。

基带部分主要由存储器管理单元、触发模式控制器和DSP，48 KB的RAM，4 MB的ROM及各种接口组成。存储器管理单元采用动态管理，使RAM得到有效使用。触发模式控制器可以减少处理器在发射和接收过程中造成的干扰。DSP片内有专门的逻辑电路，执行前端错误修正、循环冗余检查、加密、数据擦除、音频转换等操作。微控制电路中由16位微控制器、中断控制器和突发时钟组成，用以运行蓝牙软件包和控制主界面。

2.3主要引脚描述

RF-A，RE-B接外围天线匹配电路。XTAL-IN，XATL-OUT：器件本振和内部数据时钟都来自于外部晶振，频率有多种可选。该系统选用26 MHz晶振。UART串口：该器件专门的串口，可与其他遵守RS232标准的接口通讯，该串口有UABT-TX、UART-RX、UART-RTS、UART-CTS4信号线。当接口与其他设备相连时，UART-TX、UART-RX在两设备间交换数据，UART-RTS、UART-CTS可用于控制。PCM：脉冲编码调制是数字音频信号在数字通讯通道中的标准，该器件通过硬件支持PCM数据的连续发射和接收。I／O口：13根I／O线，PIO[0]用于RXEN；PIO[1]用于TXEN；所有的I／O口均可配置为中断或唤醒。

3系统设计

3.1硬件电路设计

该蓝牙系统是基于展讯SC6600D手机基带器件设计的，由BlueCore4-ROM CSP和WM8731音频编码解码器组成。由于采用了单独的音频编码解码器件，仅使用BlueCore4-ROM CSP器件少数引脚和部分端口，因此电路设计易于实现，流程简洁，图2示出硬件连接电路。其工作原理是根据通信需要基带器件由软件控制发出复位信号，上电时，首先由基带器件的串口1对蓝牙器件初始化设置。当需要蓝牙发射时，其主要传输和处理是来自基带器件的MP3和通话对方的语音信号，首先使WM8731的MICIN引脚通过接收手机基带器件SC6600D的AUXSPN／HEAD-R引脚模拟音频输出信号(该信号在未启动蓝牙时传给手机听筒或喇叭)，在WM8731内经A／D转换、编码等处理后由PCM接口传到BlueCore4-ROM CSP，再经调制、放大等处理后传输至天线，由天线发射给蓝牙耳机接收。接收时，主要传输和处理的是蓝牙耳机传输的语音信号，蓝牙天线接收到蓝牙耳机发送的高频信号后，传到BlueCore4-ROM CSP内，经滤波、解调等处理后经PCM接口传输WM8731进行解码和D／A转换，再通过一个差分电路送到基带器件的AUXMICP和AUXM-ICN引脚进行下一步处理，最后由手机传给通话对方。

手机蓝牙还可以文件传输。传输文件时，BlueCore4-ROM CSP将接收到的数据通过串口传输至基带器件的串口1，将数据存储到手机的SD卡中，同样也可将手机SD卡中的文件通过该通路传输至外部蓝牙接收设备。

3.2系统软件设计

蓝牙软件结构标准包括Core(核心)和Profile(应用协议栈)两大部分。前者为蓝牙协议核心，主要定义蓝牙的技术细节；后者定义相应的实现协议栈，这为全球的兼容性奠定了基础。蓝牙标准主要定义底层协议，也定义一些高层协议和相关接口。具体协议分为4层：①核心协议即蓝牙连接管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议L2CAP、服务检测协议SDP)；②蓝牙电缆替代协议RFCOMM；③电话传送控制协议TCBBIN／AT；④与Internet用相关的一些高层协议。即PUDP／TCP／IP、OBEX／vCard／vCal、IrMC、E-mail、WAP和WAE等。该器件的软件主要分为标准的蓝牙HCI包和蓝牙嵌入主机软件(BCHS)；支持Bluetooth v2.0+EDR协议规范，其蓝牙进程和应用程序能在片内的RISC微处理器和片外主处理器两者之间运行。图3给出其软件设计流程图。

4结语

研究了实现手机蓝牙功能的一种方法，出于软件编程方便和实现容易的考虑，设计时借助了WM8731音频编码解码器，通过采集手机的模拟信号进行再处理，以致在信号处理上有些重复，若能直接从手机基带器件中提起数字信号到带蓝牙器件，则可省去WM8731音频编码解码器，降低成本，这将是今后的一个研究方向。