摘  要： 采用CSR公司单芯片蓝牙IC—BlueCore5-Multimedia External（BC5）作为核心器件，以SST公司的Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K作为外围存储器件，用来存储系统固件、系统密钥和系统设置等，并设计了电源电路、晶振电路、天线接入电路和复位电路等外围电路，从而搭建出一个具有低成本、低功耗、小体积等特点的BC5蓝牙通信模块。
关键词： BC5；蓝牙模块；蓝牙通信；低成本；低功耗

    蓝牙技术[1]给消费者打开了一个无线的时代，彻底地摆脱了连线的束缚，尽情地享受着无拘无束的视听乐趣。在蓝牙通信系统中，最重要的部分是蓝牙通信主模块，它是整个系统的心脏。承担着信号发送、接收、处理以及去噪等众多关键任务。本文针对CSR公司新推出的一款成熟的第五代产品BC5设计一款蓝牙通信模块。BC5相对前几代的产品具备以下优点[2]：
    (1)完全符合蓝牙V2.1+EDR规范；
    (2)具备-90 dBm的接收灵敏度和8 dBm的发射功率；
    (3)64 MIPS Kalimba DSP 协处理器；
    (4)16 bit内部立体声编码解码器:嵌有信噪比可达95 dB的数模转换器；
    (5)低至1.5 V的操作电压，并提供1.8 V~3.6 V的I/O操作电压；
    (6)集成有1.5 V和1.8 V的线性稳压器，开关式稳压器和电池充电器；
    (7)最大可支持32 Mbit的外部Flash内存；
    (8)8 mm×8 mm×1.2 mm, 0.5 mm pitch 169-ball TFBGA的小型封装。
1 模块整体方案设计
    整个模块是围绕在BC5和Flash两块最主要的IC上进行设计和制作的。因此，主要由BC5和Flash决定了模块大小、硬件布局、PCB设计复杂度和制板工艺。其中BC5单芯片的内部结构由2.4 GHz射频、RAM、基带DSP、MCU、Kalimba DSP和I/O等部分构成[2]，功能集成度高，所需外围器件少。
    Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K的内部各功能单元及各单元间信号流向如图1所示。

    SST39WF1601A-90-4C-B3K芯片是一款典型的16 MB的高速Flash，读写周期只有90 ns，1.8 V的低操作电压，只有0.8 mm的球间距及6 mm×8 mm大小的BGA封装[3]。图1中展示了Flash与BC5需要连接的有三大类信号线：控制线、地址线和数据线。再加入相应的操作电压及接地线，便可实现两者的相互联接。
    Flash与BC5之间的连接是模块连接中的主要部分，但要搭建整个模块还需要设计电源电路、晶振电路、天线接入电路和复位电路等必备外围电路。模块系统组成框图如图2所示。

    从图2中可以看到整体方框内包含上述所有的单元电路，在系统方框的外部还标出了外接天线的接入点和模块可外接的I/O端口，端口的功能与所标注名称一致。
2 模块电路图设计
2.1 BC5与Flash连接电路图
    由图1中可以看到，Flash的连接主要由控制线、地址线和数据线组成。因此，在原理图的绘制过程中，只要把三类线分别接好，再加上操作电压和接地等部分便可完成Flash的连接。虽然在电路图的设计中并不显复杂，但正是由于此部分的连线是整个模块中最繁多的，并且由于两块IC的特殊封装,导致在后面的PCB制作过程中，此部分是整个模块中最复杂的一部分，具体介绍可见PCB设计部分。与Flash连接的详细电路如图3所示。

2.2 天线接入电路
    在模块RF前端要有天线引入电路，在此设计中使用来自Soshin公司的一款芯片DBF81F104。线路连接时,只需把芯片的BAL引脚4和6连至BC5的K1和L1。UNBAL引脚1连接到外接天线，DC端连接到1.5 V即可。
2.3 晶振电路和复位电路
    在此设计中选用NDK公司型号为NX3225DA的晶振，其基振频率为26 MHz，采用3225表面贴装技术。此晶振只需要通过12 pF的电容稳定后连到BC5引脚R1和R2便可实现。
    复位电路非常简单，主要用到一个微型复位开关，这里选用Diptronics公司的MPTLGP1-VT/R,开关只要连接于BC5的RST#(G13)和地之间。
2.4 电源电路
    电源电路分为外接电源和内部电压供应两部分。外接电源电路部分，如图4所示。

    图4中,在第一个方框内，VBUS表示外接充电电压，此电压一方面直接加到BC5的引脚A12上，这部分可以为外接的锂电池等可充电电池充电。线路上4.7 μF的电容C5为电路起稳定作用。另一方面VBUS通过一个LDO线性电压稳压器U2为USB接口提供3.3 V的稳定电压，见图中第三个方框。元件U2可以选用产自Torex公司的XC6219A332MRN。第二个方框内绘制的是外接电池电路，VBAT+和VBAT-分别接入到锂电池的正负极。BAT_P网络直接接到BC5的引脚B13上。
    电源电路的另一部分就是芯片内部电压供应。这部分的电压来源主要由芯片BC5内部的两个1.5 V线性稳压器和一个1.8 V开关稳压器提供。BC5内部还有一个1.8 V的线性稳压器，在此处没有用上它，相应的引脚给予悬空。产生的1.5 V和1.8 V电压分别接入到芯片和电路各处的电压引脚。
3 PCB制作要点
    考虑到两个IC的封装大小和引脚距离以及布线的情况，模块的电路板采用四层板设计。
    从上至下，层的用途分别划分为：
    (1) 顶层：放置元件和布信号线；
    (2) 第二层：铺地线，布Flash连线；
    (3) 第三层：铺电源线；
    (4) 底层：布其余信号线。
    在BC5与Flash布线时，控制线、地址线和数据线均布在第二层。考虑到BC5的特殊封装，需要在相应的焊盘上钻盲孔把信号线引至第二层，方便成功布线。这两者之间的布线工作最繁琐，且容易出错。整个电路板的总大小为20 mm×22 mm。
    基于BC5的优良特性设计的蓝牙通信模块具备良好的通信功能和传输质量，可被广泛应用于高质量立体声或单声道无线耳机、车载免提装置、无线扬声器、免提网络电话、模拟或USB多媒体蓝牙适配器和蓝牙网关等许多设备上。
参考文献
[1] 钱志鸿，杨帆. 蓝牙技术原理、开发与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[2] Cambridge Silicon Radio Limited. BlueCore5-Multimedia External Product Data Sheet[Z]. 2007.
[3] SST, Inc. SST39WF1601 Product Data Sheet[Z]. 2006.