藍牙MP3芯片技術(shù)及不同解決方案介紹

前言

MP3 播放器市場(chǎng)在經(jīng)過(guò)幾年高速的增長(cháng)之后，尤其是在低價(jià)MP3 播放器大量涌入市場(chǎng)的情況下，MP3 播放器產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節都面對著(zhù)巨大的壓力。如何尋找新的亮點(diǎn)，增加新的價(jià)值來(lái)給這個(gè)疲于奔命的市場(chǎng)帶來(lái)新的生機，成為產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)廠(chǎng)家研究的重要課題。隨著(zhù)手機、PC 市場(chǎng)上的藍牙的快速發(fā)展，在MP3 播放器中嵌入藍牙技術(shù)也開(kāi)始成為熱點(diǎn)和一大趨勢。

在MP3 播放器上植入藍牙技術(shù)正是在這一背景下產(chǎn)生的。而現階段，在MP3 播放器上植入藍牙技術(shù)也是一個(gè)非常好的市場(chǎng)契機。其一是：隨著(zhù)PC、手機上的藍牙的廣泛應用，消費者對藍牙技術(shù)的認知和使用已經(jīng)得到廣泛的教育，市場(chǎng)培育的工作已經(jīng)完成。其二是：PC 和手機上的藍牙的廣泛推廣，推動(dòng)了整個(gè)藍牙市場(chǎng)向前發(fā)展，從而使藍牙技術(shù)日臻成熟，并且在價(jià)格上也開(kāi)始大幅的下降。其三是：有了PC 和手機等產(chǎn)品的藍牙的發(fā)展，使藍牙的應用場(chǎng)景得到了極大的豐富，人們可以隨時(shí)隨地使用藍牙進(jìn)行數據交換。而MP3 播放器這樣的產(chǎn)品除了在MP3 音樂(lè )播放的功能這外還具備大量數據攜帶的能力。藍牙技術(shù)除了能提供用戶(hù)無(wú)線(xiàn)享受音樂(lè )的同時(shí)，還給了用戶(hù)交換數據的便利，所以必將引起MP3 播放器市場(chǎng)的新一輪浪潮。

一、藍牙MP3芯片

眾所周知，藍牙技術(shù)是一種短距離的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，但是除了提供無(wú)線(xiàn)連接之外，它還提供基于該無(wú)線(xiàn)連接的眾多應用。目前已經(jīng)有的應用已經(jīng)超過(guò)25 個(gè)，如常見(jiàn)的有：?jiǎn)温暤蓝鷻C服務(wù)、立體聲音樂(lè )傳輸、文件傳輸、目標推送和拔號等等。不同的應用有不同的應用場(chǎng)景，不同的應用場(chǎng)景決定不同的產(chǎn)品形態(tài)。

如何將MP3 播放器和藍牙技術(shù)進(jìn)行完美的整合是各大廠(chǎng)家思考的問(wèn)題。目前主要有兩個(gè)方向：第一個(gè)方向是MP3 芯片提供廠(chǎng)家在芯片級進(jìn)行整合；第二個(gè)方向是在應用級進(jìn)行整合。這一級整合主要MP3 播放器的設計公司或OEM 廠(chǎng)商自行完成。這兩種整合的方向各有優(yōu)缺點(diǎn)，在此不一一贅述。

在這個(gè)整合的過(guò)程中，藍牙作為一個(gè)連接和應用皆備的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，具備更難的技術(shù)特性，所以本文就藍牙技術(shù)在整合進(jìn)MP3 播放器作一些技術(shù)上的分析。同時(shí)為了便于分析，更有針對性，本文以CSR 藍牙芯片及技術(shù)作為分析樣本。

CSR BlueCoreTM 芯片主要分為三個(gè)部分，微控制器部分，MMU 部分， RF 部分。微控制器部分如圖一所示：

圖一：CSR CSR BlueCoreTM 芯片微控制器部分框圖

微控制器除了一些外圍的控制邏輯之外，主要負責藍牙協(xié)議棧的處理和和芯片本身的控制。至于藍牙的協(xié)議棧的處理，依據不同的情況而有所不同。這些不同主要取決于對芯片功能的定義。MMU 部分的框圖：

圖二：CSR CSR BlueCoreTM 芯片MMU 部分框圖

MMU 主要負責存儲相關(guān)活動(dòng)。第三個(gè)就是RF 部分，這也是本文的重點(diǎn)。下圖為RF部分的方框：

圖三：CSR CSR BlueCoreTM 芯片RF 部分框圖

該RF 部分由發(fā)射、接收和RF 合成器三部分組成。藍牙技術(shù)采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用一個(gè)天線(xiàn)利用不同的時(shí)間間隔發(fā)送和接收信號，且在發(fā)送和接收信息中通過(guò)不斷改變傳輸方向來(lái)共用一個(gè)信道，實(shí)現全雙工傳輸，并且為了防止工作在2.4G 頻段的其它設備的干擾，在物理信道的選擇上采用了跳頻技術(shù)。在該方案中，RF 發(fā)射器采用直接IQ 調制以減少時(shí)隙上的頻率飄移。數字發(fā)射濾波器提供所需的頻譜形狀，功率放大器具有+7dB 的功率輸出，可以滿(mǎn)足Class2 和Class3 的功率發(fā)射要求，并具備功率調整的功能。RF 接收器，在選擇接收機電路方案的時(shí)候，設計復雜度、成本、功耗等是首先需要考慮的。常見(jiàn)的兩種接收機設計原理包括超外差式和零差式。藍牙接收器具有零中頻結構，這個(gè)結構允許把信道濾波器集成在內核中，在低噪聲輸入端足夠高的帶外截止性能指標允許射頻模塊靠近GSM 或CDMA 發(fā)射器使用，CSR 的BlueCoreTM 芯片在同信道和鄰近信道抑制方面超過(guò)了藍牙的要求。LNA 可以設置為單端模式或是差分模式，單端模式用于Class1、差分模式用于Class2、lass3。RF 合成器被完全集成到了內核中，不需要外接壓控震蕩器，變容二極管和LC 調諧器等。

二、藍牙射頻方面面臨的難題

藍牙射頻方面面臨的難題有：PCB 板層的分配、電源的處理、接地和過(guò)孔設計以及天線(xiàn)的選擇等?，F在天線(xiàn)有很多解決方案，但是成本、尺寸大小、性能及技術(shù)難度各有差異。所以對天線(xiàn)的基本性能，如增益、極化、輸入阻抗、回波損耗等等都需要認真關(guān)注。由于天線(xiàn)處于不同的工作環(huán)境，如PC 材質(zhì)的不同，其工作頻率會(huì )有誤差，或升高或降低，所以RF 調試在整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有舉足輕重的地位。RF 調試通常分為兩個(gè)部分，第一部分是無(wú)線(xiàn)匹配的調試，第二部分是RF 前端的調試。

三、藍牙軟件設計

上面談的是RF 設計及調試的問(wèn)題，下面談一下藍牙軟件的設計。為了敘述方便，還是以CSR 來(lái)進(jìn)行闡述。CSR 在藍牙軟件上提供兩種解決方案。其一是Bluelab，其二是BCHS（BlueCoreTM Host Software）。Bluelab 為獨立的系統設計提供支持，所有的藍牙協(xié)議棧，應用以及用戶(hù)接口均運行在CSR 的BlueCoreTM 芯片內。該方案為構建輕量級的藍牙設備提供了便利，OEM 廠(chǎng)商很容易通過(guò)自已的開(kāi)發(fā)實(shí)現如藍牙單聲道耳機、立體聲耳機、無(wú)線(xiàn)音響等產(chǎn)品。該方案只適合僅需比較單一功能的藍牙產(chǎn)品。BCHS 是將藍牙協(xié)議棧以HCI（Host Controller Interface）為界線(xiàn)，分成兩個(gè)部分。藍牙核心協(xié)議棧，如LC、LMP 等運行在CSR的BlueCoreTM 芯片內，而高層協(xié)議，如L2CAP、SDP 及各種Profile 運行在另一個(gè)CPU 上。這個(gè)CPU 稱(chēng)為Host，而我們稱(chēng)運行在Host 上的代碼為BCHS。Host 與BlueCoreTM 芯片在軟件上的接口是SIG 組織的標準HCI 接口，并對其命令集進(jìn)行拓展，以便Host 能方便管理BlueCoreTM 芯片。Host 與BlueCoreTM 芯片的硬件接口可以是USB，也可以是UART。由于BCHS 是運行在主CPU 上，而主CPU 具備相對豐富的系統資源，也具備更多可裁減的靈活性，所以OEM 廠(chǎng)商可以有更大的自由空間來(lái)選擇要實(shí)現的藍牙功能。從開(kāi)發(fā)難度上來(lái)講，BCHS 方案要大于Bluelab 方案。是采用Bluelab 還是采用BCHS，主要取決于產(chǎn)品形態(tài)以及功能需求。

四、藍牙MP3解決方案介紹

世健系統（Excelpoint Systems (PTE) Ltd.）是著(zhù)名的元器件分銷(xiāo)商，除了為客戶(hù)提供分銷(xiāo)服務(wù)之外，還為客戶(hù)提供一站式的設計及技術(shù)支持等服務(wù)。世健系統很早就開(kāi)始關(guān)注并涉足媒體播放器和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的整合，并進(jìn)行了深入細致的研究，認為這將會(huì )有很廣闊的市場(chǎng)前景。正是基于這一認識，世健系統從2004 年就開(kāi)始推出了一系列完整的藍牙MP3 解決方案，下面將對這些方案逐一進(jìn)行介紹。

（一、）SDMP3

該方案基于CSR 的BlueCoreTM03-MM 芯片開(kāi)發(fā)，是一個(gè)完全的單芯片解決方案，下圖是開(kāi)發(fā)板：

圖四：SDMP3 開(kāi)發(fā)板

其系統框圖如圖五：

圖五 SDMP3 系統框圖

能夠實(shí)現的功能有：MP3 回放、藍牙耳機立體聲音樂(lè )接收、藍牙單聲道耳機，U 盤(pán)和FM 等功能。當正在欣賞MP3 的時(shí)候，如果有電話(huà)打進(jìn)來(lái)，該播放器將暫停MP3 的播放，響振鈴提示音，并可以在顯示屏上顯示來(lái)電號碼。當一旦用戶(hù)接聽(tīng)完電話(huà)，自動(dòng)恢復MP3 的播放。該方案的最大亮點(diǎn)在于用很低的成本實(shí)現藍牙功能和多媒體功能的整合，適合在低端市場(chǎng)上競爭。目前已經(jīng)有多家OEM 廠(chǎng)商已經(jīng)采用該方案，并已經(jīng)量產(chǎn)。

（二、）實(shí)現藍牙單聲道耳機功能的藍牙MP3

該方案在藍牙硬件上采用CSR 的BlueCoreTM02-Flash,世健系統開(kāi)發(fā)了BlueCAP-HSHF套件，該套件運行在BlueCoreTM02-Flash 芯片中，與MP3 播放器的主CPU 協(xié)同工作，硬件接口為UART，軟件接口為HBCP（Host BlueCoreTM Communication Protrocol）。下圖是軟件的系統結構圖：

圖六：實(shí)現單聲道耳機的解決方案軟件系統框圖

該方案已經(jīng)有多家廠(chǎng)家生產(chǎn)上市，如圖六是香港I.Tech 公司的產(chǎn)品圖，該產(chǎn)品通過(guò)了SIG組織的BQB 認證。

圖七 香港I.Tech 公司PowBOX 產(chǎn)品

世健系統推出了基于Philips 的PNX0101，PN0102，Sigmatel 的35XX 系列芯片的完整解決方案。該方案除了通常的MP3 播放器的功能外，在和藍牙整合部分，當有來(lái)電的時(shí)候正在播放的MP3 音樂(lè )將被暫停，接聽(tīng)電話(huà)，通話(huà)結束后繼續回到MP3 的播放狀態(tài)。注：對于Sigmatel 的35XX 系列，沒(méi)有硬件UART 接口，世健開(kāi)發(fā)了基于GPIO 的軟件UART 的解決方案來(lái)解決這一問(wèn)題。

（三、）實(shí)現立體聲音樂(lè )經(jīng)藍牙傳輸的MP3 解決方案。

為了解放用戶(hù)，把他們從欣賞音樂(lè )的同時(shí)又不得不受長(cháng)長(cháng)的音頻線(xiàn)的束縛中解脫出來(lái)，世健系統推出了能夠用藍牙傳送立體聲音頻的解決方案，讓用戶(hù)以更加自由的方式來(lái)享受美妙的音樂(lè )。該方案的藍牙芯片采用CSR 的BlueCoreTM03－MM.在該芯片上，世健提供BlueCAP-AV-HSHF 套件，和主CPU 的硬件接口為UART。軟件接口為HBCP,該套件提供立體聲音頻傳輸，藍牙耳機（Handset Handfree），來(lái)電顯示等特色功能。該方案的軟件系統框圖與圖五完全相同，不同的是在BlueCAP 的實(shí)現層，增加實(shí)現的是A2DP 和AVRCP 的應用協(xié)議。

世健提供Philips in PNX0101、PNX0102、Sigmatel 的35xx系列的完整解決方案。該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。目前已經(jīng)有多家廠(chǎng)商正在基于該方案開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。

(四、)基于BlueCoreTM04-ROM 的方案

該解決方案的媒體播放器主芯片選用Sigmatel 的36xx系列， 藍牙芯片是BlueCoreTM04-ROM。系統結構圖如下：

圖八 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解決方案

下圖是世健系統提供的開(kāi)發(fā)板示意圖：

圖九 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解決方案開(kāi)發(fā)板

BC04-ROM 只運行藍牙核心協(xié)議棧，其它高層協(xié)議和應用均運行在Sigmatel 的36XX上。目前世健系統在藍牙部分提供的功能有立體聲音頻傳輸，文件共享，照片打印，無(wú)線(xiàn)游戲，單聲道耳機等功能，由于該方案是基于BCHS 開(kāi)發(fā)的，所以擁有更大的自由空間，可以增加客戶(hù)所期望的任何的藍牙功能，目前該方案已經(jīng)進(jìn)入全面推廣的階段?？梢哉f(shuō)用“日新月異”來(lái)形容現在的科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展毫不夸張?，F代人類(lèi)正在這科 學(xué)技術(shù)的成果下享受越來(lái)越方便的生活，越來(lái)越愜意的人生。藍牙技術(shù)和多媒體技術(shù)的完美整合也將給人類(lèi)的娛樂(lè )方式帶來(lái)新的體驗和感受，也給供應鏈上的各個(gè)廠(chǎng)商帶來(lái)更多的市場(chǎng)機會(huì )。