摘 要: 简要介绍了CSR(Cambridge Silicon Radio)公司提供的BlueCoreTM01蓝牙芯片。蓝牙是一项新兴的短程无线电通信标准,它使电子设备能方便地互联起来。
关键词: 蓝牙技术 BlueCoreTM01蓝牙芯片 应用
蓝牙技术是一项新兴的计算与通信方面的短距离(约10米)无线电信号传输标准[1]。在这种技术的支持下,各种各样的电子设备(包括便携设备、家用设备、办公设备以及汽车和航空设备等)可以在不需电缆的条件下,轻轻松松地自动连接起来,实现相互通信和数据共享。
蓝牙技术所描绘的诱人蓝图已逐渐引起了各大软硬件公司的注意。爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝五大企业于1998年共同组建蓝牙特殊兴趣组BSIG(Bluetooth Special Interest Group),经过短短两年的发展,成员已由5个骤升到近2000个。根据Frost & Sullivan所进行的一项研究,2000年蓝牙的销售额将从1999年的几乎为零猛增到3670万美元,到2006 年更有望增至6亿9900万美元[2]。目前已有不少公司生产出高集成度的蓝牙芯片组,例如朗讯的W7020+W7400芯片组、飞利浦的LMX3162芯片、ATMEL的T2901和AT76C551芯片等。本文介绍CSR公司推出的BlueCoreTM01低复杂度、低成本、单芯片蓝牙方案。
1 BlueCoreTM01的特性
目前大多数厂家所提供的蓝牙方案在硬件上都分为三部分:无线电收发单元、链路控制单元以及链路管理及主机I/O单元,如图1所示。BlueCoreTM01是在一片8mm×8mm的CMOS芯片上集成了射频单元和基带控制器,只要和内含蓝牙软件栈的Flash Rom配合,即可向数据和语音设备提供全兼容的蓝牙接口。
BlueCoreTM01芯片的方框图如图2所示,该芯片由射频接收器、射频发射器、射频合成器、物理层DSP硬件引擎、猝发状态控制器、微处理器、内存管理单元等部分组成[3]。
1.1 射频接收器(RF Receiver)
接收器所采用的极低中频频率结构使得信道滤波器可集成到片内。低噪放大器(LNA)的输入端具有1dB带外阻塞特性,因此即使与900MHz、1.8GHz或1.9GHz的蜂窝移动电话发射器很接近也不需在射频输入端采取特殊滤波处理。数字式的鉴频器提供了抗同频干扰和邻频干扰的良好性能。而且,每个时隙都测量接收信号的强度并调整前端LNA的增益以限制混频器的输入信号幅度,从而实现了快速的自动增益控制(AGC)。
1.2 射频发射器(RF Transmitter)
发射器采用了2.4GHz的直接正交调制,使得频率漂移极小而且调频指数稳定。基带发射数字滤波器保证了频谱形状满足要求。最大发射功率可达+4dBm,符合二级(4dBm)和三级(0dBm)功率要求。由于片内提供了发射增益控制,因而只需简单地增加一级或两级射频功放即可符合一级(20dBm)要求。
1.3 射频合成器(RF Synthesiser)
合成器采用了新颖的电路形式,完全集成到片内,省却了外部的压控振荡器、变容二极管或者LC振荡电路。合成器的工作频率仅为发射频率的一半,减少了与射频放大器的耦合。
1.4 物理层DSP硬件引擎(Physical Layer DSP Hardware Engine)
该硬件引擎用专门硬件电路来实现,能够在高速运算的同时维持低功耗。它所实现的功能包括:前向纠错(Forward Error Correction)[1]、帧头错误控制、加密、数据白化(Data Whitening)[1]以及访问码比较等。此外,还能完全兼容A律、μ律、线性和CVSD(连续可变斜率增量调制[1])四种语音格式的数据。
1.5 猝发状态控制器(Burst Mode Controller)
其功能是:发送时,把先前已保存到内存映射寄存器(MMR)中的头信息和RAM缓冲区中的数据/语音合成为数据包以供发送;接收时,则完成相逆的功能,把数据包分解为头信息和数据/语音,分别存入MMR和RAM缓冲区。猝发状态控制器的采用进一步减轻了微处理器的工作量。
1.6 微处理器(Microprocessor)
片内集成的通用微处理器是16位RISC结构,有足够的能力运行完整的蓝牙软件栈和OEM应用程序。微处理器的结构具有占用面积小和消耗电流小的特点。
1.7 内存管理单元(Memory Management Unit)
内存管理单元能为用户的数据/语音信号动态地分配环状缓冲区,提高了可用RAM的利用率。
2 BlueCoreTM01的应用
BlueCoreTM01的典型应用如图3[3]。TX_A、TX_B为射频发射输出脚,RF_IN为射频接收输入脚,与天线相连。主机可以通过UART或USB与BlueCoreTM01通信,也可用专门的PCM接口来收发PCM语音信号。蓝牙协议栈的软件存储在片外的FLASH ROM中,由BlueCoreTM01内嵌的微处理器执行。此外,BlueCoreTM01还提供了I2C接口，可直接与I2C芯片相连,而8条通用IO引脚则提供了方便的控制功能。
BlueCoreTM01是CSR提供的蓝牙解决方案的第一代芯片,目前正在开发第二代和第三代芯片(代号为BlueCoreTM02/03)。第二代芯片将采用0.25微米的CMOS工艺,并且只需64引脚(BlueCoreTM01为81引脚),使芯片面积更小。而最重要的改进是把FLASH ROM也集成到片内,使之成为彻底的单芯片方案。第三代芯片除了更进一步缩小芯片面积以外,将在第二代的基础上增加语音编解码功能和面向应用的定制I/O口[4]。
参考文献
1 Specification of the Bluetooth System—Core，Version1.0b.http://www.bluetooth.com/developer/core_10_b.pdf
2 研究报告:蓝牙产品销售将大规模增长.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