Bluetooth ASIC及其嵌入式應用
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Bluetooth（藍牙）作為新的短程無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)，可以隨時(shí)隨地用無(wú)線(xiàn)接口來(lái)代替有線(xiàn)電纜連接，可應用于多種通信場(chǎng)合，如WAP、GSM、 DECT等完成身份識別后可以靈活實(shí)現漫游，推動(dòng)和擴大了無(wú)線(xiàn)通信的應用范圍，使網(wǎng)絡(luò )中的各種數字和語(yǔ)音設備互連互通，實(shí)現個(gè)人區域內快速靈便的數據和語(yǔ)音通信以及資源共享。Bluetooth技術(shù)在電信、計算機、家電等方面有著(zhù)廣闊的應用前景[4] ，計算機與外設之間通過(guò)Bluetooth技術(shù)實(shí)現控制信號和數據的無(wú)線(xiàn)傳輸；打印機、鍵盤(pán)、鼠標通過(guò)Bluetooth成為無(wú)線(xiàn)的可移動(dòng)外設；各種家電和辦公設備通過(guò)Bluetooth技術(shù)實(shí)現家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )。由Bluetooth 基帶控制器和無(wú)線(xiàn)射頻接收器接口組成Bluetooth模塊，可向數字和語(yǔ)音設備提供全兼容的Bluetooth 接口。通過(guò)Bluetooth 模塊的UART/PCM和USB與應用設備的接口，可構成Bluetooth 設備。Bluetooth 模塊功耗低，對人體危害小，應用簡(jiǎn)單，成本低廉，容易實(shí)現，易于推廣。
2 Bluetooth系統結構
Bluetooth系統的功能由無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器、基帶鏈路控制器、鏈路管理與控制以及協(xié)議棧（軟件）等部分組成（圖1），其中無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器和基帶控制器配合可構成完整的低功耗的Bluetooth模塊，提供高至主機控制器接口（HCI）層的功能。Bluetooth 無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器完成空中接口的功能，采用跳頻擴譜（FHSS）技術(shù)，在2.45GHz ISM頻段上，從起始頻率2.420GHz到終止頻率2.480GHz之間分成79個(gè)1MHz帶寬的跳頻信道，每個(gè)信道分配625μs的時(shí)間，稱(chēng)為時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙用不同的跳頻信號，用偽隨機序列碼來(lái)控制，以1600次/秒的速率進(jìn)行切換，采用分時(shí)雙全工（TDD）方式發(fā)射與接收，在發(fā)射帶寬為1MHz時(shí)，有效數據速率為721kbit/s。Bluetooth無(wú)線(xiàn)射頻遵循FCC（美國聯(lián)邦通信委員會(huì )）有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段標準，空中鏈接范圍可達10m。
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Bluetooth基帶鏈路控制器負責處理基帶協(xié)議和其他一些低層常規協(xié)議，完成基帶以及鏈路的管理和控制，包括物理連接、分組、糾錯、邏輯信道、信道管理與控制、語(yǔ)言編解碼和加密等功能。Bluetooth支持點(diǎn)與點(diǎn)和點(diǎn)與多點(diǎn)的連接，可采用無(wú)線(xiàn)方式將各個(gè)Bluetooth設備連成一個(gè)圍繞個(gè)人的微微網(wǎng)（Piconet），一個(gè)Piconet最多可以有256 個(gè)Bluetooth設備，其中一個(gè)主設備和七個(gè)從設備，而其他設備則處于待機狀態(tài)。幾個(gè)Piconet 可以進(jìn)一步互連形成分散網(wǎng)，一個(gè)Piconet 中的主/從設備可以是另一個(gè)Piconet 中的主/從設備。Bluetooth基帶控制器提供兩種連接方式，實(shí)時(shí)的頻載波的射頻頻率，經(jīng)環(huán)路濾波器濾波的調整電壓用來(lái)改變VCO-tank的選擇信道。接收平衡/不平衡轉換器是將來(lái)自天線(xiàn)不平衡的無(wú)線(xiàn)電信號與片內平衡信號之間進(jìn)行轉換，平衡信號可較好地抑制共模干擾，發(fā)送平衡/不平衡轉換器將發(fā)送信號從平衡狀態(tài)轉換為不平衡狀態(tài)，以便天線(xiàn)發(fā)射。天線(xiàn)開(kāi)關(guān)同步面向連接（SCO）和非實(shí)時(shí)的異步無(wú)連接（ACL），其中SCO為對稱(chēng)連接，主要傳送語(yǔ)音或數據等實(shí)時(shí)性強的信號，必須在規定的時(shí)隙傳輸；ACL則以數據為主，可在任意實(shí)隙傳送。數據被打包，分組傳輸，在同一個(gè)Piconet 中不同的主從對可以使用不同的連接類(lèi)型；SCO和ACL支持不同類(lèi)型的數據包，都使用TDD實(shí)現雙全工傳輸?；鶐Э刂破魈峁┤N糾錯方法：1/3比例前向糾錯碼FEC、2/3比例前向糾錯碼和數據自動(dòng)請求重發(fā) ARQ。
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Bluetooth的點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信連接和數據傳輸是靠各層協(xié)議之間的配合與互相解釋來(lái)實(shí)現的，大部分的Bluetooth協(xié)議棧被加載到Flash ROM中
3 Bluetooth 無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器 PH2401的結構特性
PHILSAR公司提供的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器PH2401 是短程Bluetooth通信系統的前端，采用砷化鎵工藝制造，具有高集成度、超低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)優(yōu)化用于2.4GHz無(wú)線(xiàn)個(gè)人系統，完全兼容Bluetooth規范。PH2401采用調制指數為0.3的高斯頻移鍵控（GFSK）調制方式，內部結構由7個(gè)操作子塊組成，圖2示出各個(gè)子塊之間的互操作性。其中壓控振蕩器VCO-tank產(chǎn)生每一時(shí)隙的跳既可以從天線(xiàn)濾波到接收端口的轉換，也可以是從射頻控制部分的輸出端口到天線(xiàn)濾波器的轉換，天線(xiàn)開(kāi)關(guān)的控制由TX-ON端口的設置來(lái)完成。
Bluetooth無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器采用跳頻/時(shí)分雙工的傳輸機制，收發(fā)在不同的頻率和不同的時(shí)隙中，且留有220μs的收發(fā)切換時(shí)間。天線(xiàn)濾波器濾除接收模式時(shí)的干擾和減少發(fā)送模式時(shí)的諧波信號。 Bluetooth無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器內部最重要的部件是無(wú)線(xiàn)電數字信號處理器RDSP，這是利用射頻外差接收的信號處理與控制交換的RDSP，有大量的電路集成在這個(gè)處理器內，如雙通道A/D轉換器、數字鎖相與頻率合成器、串行接口、控制邏輯、可跳動(dòng)的低功耗振蕩器（LPO）、電源復位電路（POR）、分頻電路以及可編程控制邏輯寄存器。其中對指令寄存器IR的讀寫(xiě)實(shí)現跳頻、調諧等功能。而控制寄存器用于動(dòng)態(tài)自動(dòng)頻率補償（DAFC）來(lái)校正接收端的頻率漂移，有兩種控制模式，快模式提供較為粗略的頻率補償，主要用于接入碼；慢模式提供較為精確的補償，用在分組頭和數據負荷中。在無(wú)線(xiàn)電數字信號處理器RDSP中還設有接收功率增強度指示（RSSI）寄存器，可在每個(gè)時(shí)隙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強度，實(shí)現快速自制器與PH2401無(wú)線(xiàn)收發(fā)器接口，需要發(fā)送的數據在鏈路控制器中被裝配，加上同步字、幀頭以及CRC校驗字，并經(jīng)白化，是否進(jìn)行加密可由用戶(hù)選擇，收到的數據則在此被解碼、檢錯。隊列管理器完成緩沖RAM與鏈路控制器以及USB或串行主機與音頻接口之間的智能DMA傳輸。同時(shí)識別不同格式的Bluetooth數據包，并進(jìn)行相互轉換。動(dòng)增益控制AGC。
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