藍牙芯片及其應(yīng)用

1、摘要： 摘要：介紹了MITEL公司和PHILSAR公司共同推出的藍牙芯片組MT1020和PH2401的特性、結(jié)構(gòu)及其在藍牙無繩電話中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：藍牙芯片組 MT1020基帶控制器 PH2401無線收發(fā)器 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能塊 藍牙無繩電話 1 關(guān)于藍牙 “藍牙”是一項令人振奮的技術(shù)，它利用微波取代傳統(tǒng)中錯綜復(fù)雜的電纜，使家庭或辦公場所的移動電話、便攜式計算機、打印機、復(fù)印機、鍵盤、耳機及其它摘要：介紹了MITEL公司和PHILSAR公司共同推出的藍牙芯片組MT1020和PH2401的特性、結(jié)構(gòu)及其在藍牙無繩電話中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：藍牙芯片組 MT1020基帶控制器 PH2401無

2、線收發(fā)器 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能塊 藍牙無繩電話1 關(guān)于藍牙“藍牙”是一項令人振奮的技術(shù)，它利用微波取代傳統(tǒng)中錯綜復(fù)雜的電纜，使家庭或辦公場所的移動電話、便攜式計算機、打印機、復(fù)印機、鍵盤、耳機及其它手持設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通，將人們從無數(shù)的連接電纜中解放出來，自由方便地構(gòu)成自己的個人網(wǎng)絡(luò)。有了藍牙，你甚至不用掏出你的移動電話，就可以用PDA（個人數(shù)字助理）通過口袋中的移動電話查閱新聞、訂票以及進行其它電子商務(wù)活動，無拘無束、自由自在。這個由愛立信公司于1995年提出的概念已廣泛地為業(yè)界所接受，從SIG（藍牙特殊利益集團）的成員就可以看出業(yè)界對它的重視程度。SIG的九個成員包括愛立信、諾基亞、摩托羅位、

3、3COM、IBM、INTEL等，都是各自行業(yè)的“領(lǐng)導(dǎo)者”。目前，這一技術(shù)已經(jīng)有2000多家支持廠商。藍牙技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，來自IDC的數(shù)據(jù)預(yù)測，到2005年全球圍繞移動設(shè)備、桌面設(shè)備和其它設(shè)備將有40億藍牙產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用，具有極大的市場潛力。作為取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通信技術(shù)，藍牙支持點對點及對多點的通信，它以無線方式將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備聯(lián)成一個微微網(wǎng)（Piconet），幾個微微網(wǎng)還可以進一步實現(xiàn)互聯(lián)，形成一個分布式網(wǎng)絡(luò)（Scatternet），從而在這些聯(lián)接設(shè)備之間實現(xiàn)快捷而方便的通信聯(lián)系。藍牙的工作頻段為全球開放的2.4GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，由于就保證

4、施行者可以毫無障礙地使用藍牙設(shè)備。由于ISM頻段是對所有無線電都開放的頻段，汽車、微波爐等將有可能成為其不可預(yù)測的干擾源，因此對藍牙特別設(shè)計了快速確認和跳頻方案以確保連接的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)保密。在目前公布的藍牙規(guī)范“Bluetooth V1.0”中，數(shù)據(jù)傳輸速率最大為721kbit/s，通信距離為10m,若加大發(fā)射功率，通信距離可達100m。2 藍牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MT1020基帶控制器和PH2401無線收發(fā)器分別由MITEL公司和PHILSAR公司提供，兩者配合可構(gòu)成完整的低功耗的藍牙模塊，提供高至HCI（主機控制接口）層的功能。它們在藍牙系統(tǒng)中的位置如圖1所示。MT1020基帶控制器負責(zé)藍牙基帶部分的功

5、能，完成基帶以及鏈路的管理，包括對SCO（同步）和ACL（異步）連接方式的支持、差錯控制、物理層的認證與加密、鏈路管理等；PH2401實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線接收和發(fā)送；虛線以上部分由用戶根據(jù)不同的應(yīng)用需求來實現(xiàn)。特別值得一提的是，在該藍牙模塊解決方案中，即將推出的改進型基帶控制器MT1020B可提供20K的用戶ROM，使用戶可以利用其內(nèi)嵌的低功耗、高性能的32位ARM7TDMI內(nèi)核，從而簡化用戶設(shè)計，實現(xiàn)最低楞耗、最高集成度的藍牙產(chǎn)品。3 藍牙芯片組簡介3.1 MT1020的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各功能塊介紹MT1020由嵌入式微處理器和藍牙基帶外設(shè)組成，如圖2所示。在該芯片中，系統(tǒng)仙部時鐘可以低至5MHz、內(nèi)核

6、供電電壓為2V、硬件解碼、支持DMA傳輸，所有這些使得該芯片具有超低功耗。3.1.1 基帶外設(shè)基帶外設(shè)以最小的開銷完成重要的藍牙操作，它掛在“向上集成模塊總線（UintegrationModule Bus）”上，由以下幾個功能塊組成。3.1.1.1 總線接口總線接口完成微處理器與基帶外設(shè)之間的通信，基帶外設(shè)內(nèi)各個模塊之間使用專門的BT總線傳送數(shù)據(jù)。3.1.1.2 鏈路控制器鏈路控制器與PH2401無線收發(fā)器接口，需要發(fā)送的數(shù)據(jù)在鏈路控制器中被裝配，加上同步字、幀頭以及CRC校驗字，并且被白化，是否進行加密可由用戶選擇；收到的數(shù)據(jù)由在此被解碼、檢錯。3.1.1.3 隊列管理器隊列管理器完成緩沖R

7、AM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。它能識別不同格式的藍牙數(shù)據(jù)包，并能進行相互轉(zhuǎn)換。3.1.1.4 緩沖RAM專門用于存儲藍牙數(shù)據(jù)包和變量，容量為12K Byte。3.1.1.5 音頻編解碼器音頻編解碼器是一個全雙工的編解碼器，包括麥克風(fēng)放大器和耳機驅(qū)動器，其聽數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠進行線性PCM、A律PCM、律PCM及CVSD（連續(xù)可變斜率增量調(diào)制）之間的相互轉(zhuǎn)換。3.1.2 嵌入式微控制器內(nèi)核嵌入式微處理器由32位RISC架構(gòu)的ARM7TMDI中內(nèi)處理單元、專用的模塊交互總線（Inter-Module Bus）和其它一些功能塊組成。3.1.2.1 ARM7TDMI處

8、理器ARM7TDMI是一款性能優(yōu)異的嵌入式CPU，具有極快的運算速度和很低功耗，利用其內(nèi)部的Thumb指令壓解器可支持16位指令，并支持擴展調(diào)試、快速乘法等功能，它通過模塊交互總線其它功能塊交換數(shù)據(jù)。3.1.2.2 外設(shè)控制器外設(shè)控制器是MT1020A中內(nèi)部總線與外部總線進行通信的主要通道，它支持動態(tài)總線寬度，并能產(chǎn)生訪問外設(shè)所需要的控制信號。3.1.2.3 串行I/O串行I/O用來連接各種串行接口器件，例如與串行EEPROM、串行時鐘等器件接口。3.1.2.4 中斷控制器ARM7TDMI處理器接受兩種中斷請求：普通中斷請求和快速中斷請求。根據(jù)用戶所需要的優(yōu)先級，所有中斷都可設(shè)置成兩種類型中的

9、一種。中斷控制器能處理八個外部中斷和兩個內(nèi)部中斷。外部中斷可被編程設(shè)置成電平觸發(fā)或沿觸發(fā)。為減少中斷響應(yīng)的延遲時間，對每種類型的中斷，中斷控制器能進行硬件優(yōu)先級判斷，從而加快對中斷的實時響應(yīng)。3.1.2.5 定時器/計數(shù)器MT1020A提供兩個雙獨立32位定時器/計數(shù)器，它們與系統(tǒng)時鐘同步，可以在程序中輪詢，也可設(shè)置成溢出中斷，并能自動重裝。3.1.2.6 DMA控制器在該控制器中有兩個DMA引擎，它們可以配置成一對，從而支持ARM7TDMI中任意位置兩個內(nèi)存塊的DMA傳輸。當然，它們也可獨立使用。3.1.2.7 通用異步收發(fā)器通用異步收發(fā)器接口形式為RS-232，支持硬件握手和XON/XOF

10、F軟件協(xié)議，收發(fā)通道上各有一個緩沖器，可以在程序中輪詢，也可使用中斷形式。器件內(nèi)部的波特率發(fā)生器用來產(chǎn)生需要的數(shù)據(jù)速率。3.1.2.8 系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)存儲器掛在UIM總線上。MT1020有20KB的內(nèi)部靜態(tài)RAM，用于程序變量的存儲。用戶需要外掛一個外部ROM/FLASH來存儲藍牙鏈路控制和管理協(xié)議代碼。在MT1020的下一個版本中，將提供片上ROM，并具備存儲用戶代碼的能力，從而簡化用戶設(shè)計，降低功耗。3.2 PH2041藍牙無線收發(fā)器功能PH2401單片無線收發(fā)器用砷化鎵工藝制造，具有高集成度、超低功耗、體積小等優(yōu)點，專門優(yōu)化用于2.4GHz無線個人系統(tǒng)，完全兼容藍牙規(guī)范“Bluetooo

11、th V1.0”。它工作于2.4GHz的ISM頻段，以每秒1600次的速度在79個頻道（2.402GHz-2.408GHz）上快速跳頻，最大位傳輸速率可達1Mbit/s。PH2401采用調(diào)制指數(shù)為0.3的高斯頻移鍵控制（GFSK）調(diào)制方式，信道帶寬為1MHz，頻偏在140kHz-175kHz之間，滿足藍牙2級和3級操作， 送功率可在-10dBm-+2dBm之間編程設(shè)定，發(fā)射范圍為10-100m。接收器由RF-IF下變頻器、自動增益控制(AGC)、濾波器、雙通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及調(diào)制器組成。基帶控制器通過串行總線與PH2401接口。通過對其內(nèi)部寄存器的讀寫實現(xiàn)跳頻、調(diào)諧等其它控制。4 藍牙無繩電話由MT1020和PH2401構(gòu)成的藍牙模塊提供高至HCI的功能，因此可以很方便地利用它構(gòu)成藍牙系統(tǒng)。我們采用該芯片組設(shè)計了藍牙無繩電話。根據(jù)藍牙規(guī)范對無繩電話的協(xié)議要求，無繩電話實現(xiàn)協(xié)議棧如圖3所示。通過服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP），子機尋找通信范圍內(nèi)所有藍牙設(shè)計信息和服務(wù)類型，從而與無繩電話主機建立連接。語音呼 叫的控制信令則在二元電話控制協(xié)議（TCS Binary）中定義。邏輯鏈路控制應(yīng)用協(xié)議（L2CAP）向上層提供面向連接和無連接的邏輯鏈路。傳