基于SiW1502和SiW1602的藍(lán)牙模塊方案
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關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；鏈路控制器；調(diào)制解調(diào)器；SiW1502；SiW1602
1藍(lán)牙技術(shù)概述
藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)是一種短距離無線電技術(shù)，是語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放化全球性規(guī)范，其目的是取代數(shù)據(jù)電纜，實(shí)現(xiàn)多種電子設(shè)備之間的低功耗、低成本、短距離的無線連接。運(yùn)用藍(lán)牙技術(shù)，可以將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備組成一個(gè)微微網(wǎng)(Piconet)，還可以進(jìn)一步將幾個(gè)微微網(wǎng)連接成一個(gè)更大的散射網(wǎng) (Scatternet)。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，可以用手機(jī)控制辦公室里的復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等設(shè)備，也可以在行進(jìn)的車中用隨身攜帶的筆記本電腦進(jìn)行電子郵件收發(fā)和網(wǎng)上沖浪等活動。藍(lán)牙技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展對于提高人類生活質(zhì)量和改善辦公條件起到了巨大的推動作用。
藍(lán)牙的概念由瑞典Ericsson公司于1995年提出，并采用了公元十世紀(jì)統(tǒng)一北歐諸國的丹麥國王Harald二世的綽號＂Bluetooth＂作為這一技術(shù)的名稱，有意在全球建立一種開放性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這一概念一經(jīng)提出，便被業(yè)界普遍接受，由3COM、Ericsson、IBM、Intel、 Motorola和Nokia等國際知名公司迅速成立了一個(gè)特殊利益集團(tuán)(SIG)，負(fù)責(zé)討論和制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。目前，藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范已由V1.0版本 (1999年5月)、V1.0B版本(1999年12月)，發(fā)展到V1.1版本(2000年12月)。
藍(lán)牙技術(shù)工作在全球開放的2.4GHz ISM頻段，采用跳頻技術(shù)(1600跳/s)來提高抗干擾和抗衰減性能，其射頻部分采用高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制方式。它可提供23或79個(gè)信道，每個(gè)信道寬度為1MHz。V1.1版本支持三個(gè)用于語音傳輸?shù)耐叫诺溃蛘咄瑫r(shí)支持一個(gè)同步語音信道和一個(gè)異步數(shù)據(jù)信道。每個(gè)同步信道的數(shù)據(jù)傳輸速率為 64kb/s。異步信道的數(shù)據(jù)傳輸速率在上下行對稱時(shí)最大為433.9kb/s；而在其不對稱時(shí)，下行最大為723.2kb/s，上行為 57.6kb/s。根據(jù)射頻部分發(fā)射功率的大小，藍(lán)牙設(shè)備通常分為三級，常用的是一級，其發(fā)射功率為0dBm左右，傳輸距離可達(dá)10米。
2 SiW1502簡介
SiW1502 是美國Silicon Wave公司推出的一款藍(lán)牙射頻芯片，其內(nèi)部包含一個(gè)2.4GHz射頻收發(fā)器和一個(gè)GFSK調(diào)制解調(diào)器。SiW1502為單片模數(shù)混合集成電路，射頻部分為模擬電路，調(diào)制解調(diào)器部分采用CMOS工藝。它可以和SiW1602(或其他型號)鏈路控制器一起構(gòu)成藍(lán)牙無線通信模塊。
2.1 SiW1502的主要特點(diǎn)
SiW1502的主要特點(diǎn)如下：
●完全符合藍(lán)牙V1.1標(biāo)準(zhǔn)；
●采用直接轉(zhuǎn)換式射頻結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成了VCO和頻率合成器，因而使得外圍元件大大減少。VCO的工作頻率范圍為2400MHz～2480MHz；
●在射頻部分和調(diào)制解調(diào)器之間由A/D和D/A轉(zhuǎn)換器來傳輸數(shù)據(jù)；
●GFSK調(diào)制解調(diào)器采用數(shù)字調(diào)制，并具有通道濾波、自動頻率控制和符號定時(shí)恢復(fù)等功能；
●可通過一個(gè)引腳很少的數(shù)字接口與藍(lán)牙鏈路控制器直接接口；
●直接的最大射頻輸出功率為0dBm。另外，為滿足第二、第三級發(fā)射功率輸出的需要，可外接功率放大器，并可由片內(nèi)的控制引腳(EXT PACNTL)對外部放大器進(jìn)行功率控制。該控制引腳輸出的電流大小有八級，并可編程設(shè)置；
●它的標(biāo)稱射頻輸入信號電平范圍為－85dBm～－12dBm；
●工作電源為＋3V。需要時(shí)，還可以由外部電池給內(nèi)部低功耗調(diào)整器提供電壓，以供系統(tǒng)休眠電路使用；
●功耗低，體積小，成本較低。
2.2 SiW1502的結(jié)構(gòu)原理
SiW1502內(nèi)部由射頻電路、GFSK調(diào)制解調(diào)器、邏輯控制、時(shí)鐘產(chǎn)生與分配電路、寄存器以及SPI接口等幾部分組成。
SiW1502在接收時(shí)，首先由射頻電路完成低噪聲放大、直接正交下變頻和低通濾波，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到GFSK調(diào)制解調(diào)器，同時(shí)由GFSK調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測和定時(shí)恢復(fù)，然后將還原后的數(shù)據(jù)送到片外的基帶控制器或鏈路控制器。發(fā)送時(shí)的工作過程與接收相似，只是信號流向相反而已。
時(shí)鐘電路可產(chǎn)生32kHz和32MHz兩種頻率的時(shí)鐘信號，其中32MHz時(shí)鐘主要供片內(nèi)射頻電路、大部分?jǐn)?shù)字電路和外部處理器使用。而32kHz時(shí)鐘主要供外部電路使用，而且該時(shí)鐘在休眠模式下仍能產(chǎn)生。
SPI接口為同步可編程串行接口，其最高時(shí)鐘可達(dá)4MHz，主要用來訪問片內(nèi)的寄存器。
2.3 SiW1502的引腳功能
SiW1502采用48腳MLFP封裝，圖1是其引腳分布圖，各引腳的功能說明如下：
3，4腳(RF_IN/OUT_,RF_IN/OUT-+):射頻信號平衡輸入/輸出；
5腳(EXT_PA_CNTL):控制外部功率放大器增益的電流輸出；
6.7腳(32kHz_XTAL+,32kHz_XTAL-):連續(xù)32kHz(或32.768kHz)晶體；
8腳（V2.3_OUT）:內(nèi)部低功耗調(diào)整器產(chǎn)生的2.3V電壓輸出；
9腳(32kHz_CLK):32kHz時(shí)鐘輸出；
2，10，12，15，18，41，42，46腳(VCC)：模擬電源(＋3V)輸入；
11腳(VCC_BAT)低功耗電壓調(diào)整器的輸入，通常由電池提供；
13，14腳(GND)：地；
16腳(CHRG_PUMP):PLL電荷泵輸出，接外部環(huán)路濾波器；
17腳(TUNEIN)：VCO的調(diào)諧輸入；
24腳(DIGITAL REG CAP)：數(shù)字調(diào)整器濾波端，通常接一只0.1μF電容；
25，37腳(VDD)：數(shù)字電源(＋3V)輸入；平有效；
電路的轉(zhuǎn)換。高電平時(shí)為收，低電平時(shí)為發(fā)；
32腳(MODEM_RX/TX_DATA):MODEM據(jù)口，可編程控制方向；
33腳(MODEM_RX_CLK):MODEM出接收時(shí)鐘輸出(選用)；
34腳(MODEM_TX_DATA):發(fā)往MODEM的數(shù)據(jù)；
35腳（MODEM_CD_TEXN）:接收載波檢測輸出/發(fā)送使能輸入；
36腳(BB CLK)：輸出到基帶控制器的時(shí)鐘；
38腳(ENABLE RM)：32MHz振蕩器使能端；
39腳(HOP STRB)：由鏈路控制器輸入的發(fā)送或接收周期的開始信號；
40腳(BB CLK MODE)：控制BB＿CLK的輸出頻率。高電平時(shí)為16MHz；低電平時(shí)為8MHz；
43，44，45腳（VREFP＿CAP，VREFM＿CAP，VC＿CAP)：內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓的濾波端。通常都接0.1μF的電容；
47，48腳（32MHz_XTAL_,32MHz_XTAL+）:連接32MHz晶體。
3 SiW1602簡介
SiW1602鏈路控制器主要提供藍(lán)牙連接管理與控制功能。它與SiW1502一起可構(gòu)成一種完整的、高性價(jià)比的藍(lán)牙模塊解決方案。
3.1 SiW1602的主要特點(diǎn)
SiW1602鏈路控制器的主要特點(diǎn)如下：
●可與射頻及調(diào)制解調(diào)器芯片SiW1502直接接口；
●具有符合藍(lán)牙V1.1標(biāo)準(zhǔn)的USB接口；
●鏈路控制功能可用硬件實(shí)現(xiàn)，且符合藍(lán)牙V1.1標(biāo)準(zhǔn)；
●支持所有的藍(lán)牙數(shù)據(jù)分組類型，優(yōu)先考慮時(shí)間因素的分組處理；
●帶有微微網(wǎng)(Piconet)功能，并具有主從機(jī)轉(zhuǎn)換功能；
●具有標(biāo)準(zhǔn)定義的密碼認(rèn)證與加密功能；
●支持發(fā)送功率控制和接收機(jī)RSSI(接收信號強(qiáng)度指示)功能；
●可以以1Mb/s的速率進(jìn)行異步非連接(ACL)或同步面向連接(SCO)；
●片內(nèi)帶有兩個(gè)384位的發(fā)送/接收FIFO，可確保在中斷等待時(shí)間內(nèi)分組數(shù)據(jù)不會丟失；
●內(nèi)含可編程的中斷控制器；
●具有低功耗模式。
3.2 SiW1602的結(jié)構(gòu)原理
SiW1602內(nèi)部主要包括鏈路控制器和MODEM接口、SPI、USB以及總線接口等幾個(gè)接口單元，另外還包括一個(gè)用于內(nèi)部邏輯調(diào)試的JTAG測試接口。 鏈路控制器主要完成實(shí)時(shí)處理和包括基帶協(xié)議、連接管理協(xié)議等在內(nèi)的低層次協(xié)議處理，以使主機(jī)能夠通過藍(lán)牙連接與外界進(jìn)行通信。所有的實(shí)時(shí)功能 (包括跳頻、定時(shí)提取、合成器編程以及時(shí)鐘同步等)都由硬件來完成。同時(shí)，鏈路控制器還負(fù)責(zé)完成前向糾錯(cuò)(FEC)、擾碼與解擾、加密與解密、循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)、字頭糾錯(cuò)(HEC)以及接收與發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖等功能。
SiW1602中的USB接口符合藍(lán)牙的主控制器接口(HCI)層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該接口有一個(gè)六端點(diǎn)的內(nèi)部存儲器可映射到MPU，它的每一個(gè)端點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)1288位的FIFO。
芯片的總線接口通過8位數(shù)據(jù)總線和10位地址總線與主控制器相連，所有的輸出都采用CMOS電平驅(qū)動。
SiW1602有兩種時(shí)鐘輸入。32MHz是芯片的主工作時(shí)鐘。32kHz時(shí)鐘則用于電源休眠狀態(tài)下的少部分邏輯電路。
3.3 SiW1602的引腳功能
SiW1602采用108針細(xì)間距BGA封裝形式，其引腳分布見圖2所示，各引腳功能如下：
4 SiW1502和SiW1602構(gòu)成的藍(lán)牙模塊
采用射頻及調(diào)制解調(diào)器芯片SiW1502和鏈路控制器芯片SiW1602可構(gòu)成一套完整的藍(lán)牙模塊解決方案，圖3是其模塊構(gòu)成的連接框圖。該方案在射頻端不采用外部功率放大器，其直接輸出功率在0dBm左右，符合藍(lán)牙的一級標(biāo)準(zhǔn)。由于SiW1602內(nèi)含基帶協(xié)議和鏈路控制協(xié)議的硬件電路，所以模塊不需要再外掛FLASH協(xié)議棧，從而減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，該模塊不失為一款低功耗、高性價(jià)比的藍(lán)牙模塊解決方案，可直接內(nèi)嵌于蜂窩移動電話、筆記本電腦、打印機(jī)以及PDA等產(chǎn)品中。
參考資料
1.http：//www.bluetooth.com：Bluetooth Specification Version 1.1
2.Silicon Wave公司.SiW1502 Data Sheet；SiW1602 Data Sheet
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