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愛立信(Ericsson)公司推出的藍(lán)牙芯片ROK 101 007是一款適合于短距離無線通信的射頻/基帶芯片,集成度高､功耗小,完全兼容藍(lán)牙協(xié)議Version 1.1,可嵌入任何需要藍(lán)牙功能的設(shè)備中｡該芯片包括基帶控制器､無線收發(fā)器､閃存等功能塊,可提供高至HCI(主機(jī)控制接口)層的功能｡此外,該芯片還提供USB､UART和PCM接口,用于與主機(jī)通信;并且支持藍(lán)牙語音和數(shù)據(jù)傳輸,輸出功率滿足藍(lán)牙二級操作的要求｡ 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各功能塊介紹 ROK 101 007包含五個功能塊:無線收發(fā)器(PBA 313 01/2)､基帶控制器､閃存､電源管理模塊､時鐘,如圖1所示｡ 1.1 無線收發(fā)器PBA 313 01/2 PBA 313 01/2是一個工作在2.4~2.5GHz ISM頻段的短距離微波頻率射頻收發(fā)器,使用GFSK調(diào)制,最大的TX&RX數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbit/s｡能在可供使用的79個信道(2.402~2.480GHz)之間快速地跳頻(1600個信道/s),通道帶寬是1MHz,頻率偏差在140kHz和175kHz之間｡滿足藍(lán)牙二級操作,最大輸出功率是4dBm,不需要功率控制｡安裝天線之后,傳輸距離可達(dá)10m,符合ISM頻段的FCC和ETSI標(biāo)準(zhǔn)｡  BA 313 01/2以Radio ASIC為基礎(chǔ),集成了環(huán)路濾波器､壓控振蕩器､天線濾波器､收發(fā)控制器､發(fā)送器和接收器等六個操作部件,如圖1所示｡各部件功能如下:①Radio ASIC完成信號的調(diào)制和解調(diào)｡ ②環(huán)路濾波器､壓控振蕩器和Radio ASIC構(gòu)成鎖相環(huán)｡環(huán)路濾波器濾除Radio ASIC輸出的誤差電壓的高頻成份和噪聲,用以保證環(huán)路所要求的性能,增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性｡ ③收發(fā)控制器協(xié)調(diào)接收器(RX)和發(fā)送器(TX)的工作,用以保證藍(lán)牙的全雙工傳輸｡ ④天線濾波器對射頻信號進(jìn)行帶通濾波｡管腳ANT(T2)是天線接口,應(yīng)連接阻抗為500Ω的天線｡ 1.2 基帶控制器 基帶控制器是一個基于ARM7-Thumb的功能塊,通過UART或USB接口控制無線收發(fā)器｡基帶控制器負(fù)責(zé)處理底層的鏈路層功能,如調(diào)頻序列的選擇等｡ 1.3 閃存 閃存以二進(jìn)制碼的格式存放藍(lán)牙固件,可與基帶控制器交換數(shù)據(jù)､地址和控制信號｡藍(lán)牙固件包括鏈路管理器和主機(jī)控制接口(HCI)｡ 鏈路管理器實(shí)現(xiàn)了鏈路管理協(xié)議(LMP),負(fù)責(zé)處理底層鏈路控制｡每個藍(lán)牙設(shè)備都可以通過LMP與另一個藍(lán)牙設(shè)備的鏈路管理器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信｡HCI為主機(jī)提供了訪問基帶控制器､鏈路管理器以及硬件狀態(tài)和控制寄存器的命令接口｡主機(jī)通過HCI驅(qū)動程序提供的一系列命令控制藍(lán)牙接口;藍(lán)牙固件的HCI收到命令后,會產(chǎn)生事件返回給主機(jī),用來指示接口的狀態(tài)變化｡主機(jī)和HCI之間共有三類數(shù)據(jù)傳輸: •HCI命令包 從主機(jī)發(fā)往藍(lán)牙的HCI｡ •HCI事件包 從藍(lán)牙的HCI發(fā)往主機(jī)｡ •HCI數(shù)據(jù)包 既可從主機(jī)發(fā)往HCI,也可從HCI發(fā)往主機(jī),包括無連接(ACL)數(shù)據(jù)和同步連接(SCO)數(shù)據(jù)｡ HCI傳輸層定義了每一類數(shù)據(jù)如何封裝以及如何通過接口進(jìn)行復(fù)用｡ROK 101 007支持兩種HCI傳輸層:UART傳輸層和USB傳輸層｡ 1.4 電源管理模塊 該模塊提供芯片所需電源｡Vcc的典型值是3.3V｡ 1.5 時鐘 該模塊內(nèi)置頻率為13MHz的時鐘｡時鐘由一個晶體振蕩器產(chǎn)生,保證定時的精度在20ppm之內(nèi)｡ 2 芯片接口和主要管腳介紹 ROK 101 007與主機(jī)或其它設(shè)備互聯(lián)時,有三種接口方式(參見圖1)｡ 2.1 USB接口 ROK 101 007的USB接口符合USB1.1規(guī)范,通過雙向端口D+&D-,數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)到12Mbps｡當(dāng)使用USB接口與主機(jī)通信時,ROK 101 007是一個USB從設(shè)備｡與該接口有關(guān)的管腳有: •D+(B1)&D-(B2) 用于數(shù)據(jù)傳輸｡ •Wake up(B4)&Detach(C1) 用于與筆記本電腦互聯(lián),可用來控制筆記本電腦的狀態(tài)｡當(dāng)主機(jī)處于掉電模式時,如果藍(lán)牙設(shè)備收到建立連接的請求,Wake up信號就會"喚醒"主機(jī)｡而主機(jī)可通過Detach信號指示自己處于"掛起"模式｡ 2.2 UART接口 ROK 101 007的UART接口符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16C450,支持以下波速率(單位:bits/s):300,600,900,1200,1800,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400和460800｡使用愛立信自定義的一條HCI命令:HCI_Ericsson_Set_Uart_Baud_Rate可改變UART接口的波速率｡該接口中有128字節(jié)的先入先出(FIFO)緩沖器｡ 與該接口有關(guān)的四個管腳為: •TxD(B5)&RxD(A5) 用于收發(fā)數(shù)據(jù)｡ •RTS(A6)&CTS(B6) 用于數(shù)據(jù)流控制｡ 2.3 PCM語音接口 標(biāo)準(zhǔn)的PCM語音接口采樣速率為8kHz｡語音編碼方式可采用CVSD(連續(xù)可變斜率增量調(diào)制)､μ律(8bit)或A律(8bit)｡考慮到編碼的健壯性,應(yīng)優(yōu)先選擇CVSD｡ 與PCM語音接口有關(guān)的管腳信號有: • CM_SYNC(A3) 設(shè)置PCM數(shù)據(jù)的采樣速率｡• CM_OUT(A2)&PCM_IN?A1 接收或發(fā)送語音編碼信號｡這兩個管腳信號的方向通過編程可調(diào)｡3 北京郵電大學(xué)無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)牙語音系統(tǒng)簡介 利用ROK 101 007芯片開發(fā)了一套藍(lán)牙語音系統(tǒng),它能使現(xiàn)有的各種通信設(shè)備(手機(jī)或固定電話)與藍(lán)牙耳機(jī)之間進(jìn)行無線語音傳輸,從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)向現(xiàn)有設(shè)備的后向兼容｡ 3.1 系統(tǒng)構(gòu)成 該系統(tǒng)由藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙耳機(jī)兩部分構(gòu)成｡藍(lán)牙適配器與現(xiàn)有的通信設(shè)備(手機(jī))相連,實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙與手機(jī)之間的信號轉(zhuǎn)換;藍(lán)牙耳機(jī)上有PTT按鈕,用于接聽和掛斷來電｡藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙耳機(jī)彼此之間可建立藍(lán)牙無線鏈路,用于傳輸語音､數(shù)據(jù)或控制信號｡ 系統(tǒng)工作流程如下:藍(lán)牙適配器是主方,上電后進(jìn)入查詢模式,自動搜索周圍的藍(lán)牙設(shè)備(耳機(jī))｡如果附近存在藍(lán)牙耳機(jī),主方發(fā)起連接請求,與之建立藍(lán)牙數(shù)據(jù)連接(ACL連接)｡然后主方和從方進(jìn)入待機(jī)模式｡當(dāng)有來電或有電話撥出時,主方通知從方｡若從方?jīng)Q定接通通話,則由主方建立主方與從方之間的語音鏈路(SCO連接),并進(jìn)入通話狀態(tài)｡ 關(guān)鍵術(shù)語定義: 主方 是指發(fā)起連接的一方(本系統(tǒng)中適配器是主方); 從方 是指接收連接的一方(本系統(tǒng)中耳機(jī)是從方) ACL 是指異步連接鏈路,用于藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸; SCO 是指同步連接鏈路,用于藍(lán)牙語音傳輸｡ 3.2 硬件電路 藍(lán)牙適配器和耳機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)基本相同,其電路框圖如圖2所示｡ 硬件電路主要由三個模塊組成: 單片機(jī)控制模塊 包括AT89C4051AT89C4051芯片和信號燈系統(tǒng),完成系統(tǒng)的初始化､藍(lán)牙通信鏈路建立和監(jiān)測手機(jī)來電等功能｡單片機(jī)通過串口與ROK 101 007連接｡ 語音模塊 包括MC145483MC145483語音編解碼電路和耳機(jī)､麥克語音輸入輸出外圍電路,完成語音的編解碼功能｡MC145483是13位線性PCM 編碼解碼濾波器,可完成語音信號的數(shù)字化和重構(gòu),與ROK 101 007的PCM語音接口連接｡ 藍(lán)牙模塊 包括愛立信點(diǎn)對多點(diǎn)藍(lán)牙芯片和倒F天線｡芯片實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信的核心功能｡ 3.3 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計采用直接對HCI層進(jìn)行編程｡由主機(jī)向HCI發(fā)命令,HCI收到命令后,會向下傳遞到LM層,由LM負(fù)責(zé)鏈路的建立､加密和鑒權(quán);主機(jī)接收HCI發(fā)來的事件包,根據(jù)具體的事件采取相應(yīng)的處理｡鏈路建立成功后,語音流使用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)技術(shù),獲得高質(zhì)量的音頻編碼｡ 軟件流程由四個功能模塊組成,如圖3所示｡ 初始化模塊:初始化藍(lán)牙芯片及各狀態(tài)變量; 事務(wù)調(diào)度模塊:根據(jù)返回的事件狀態(tài)參數(shù)對系統(tǒng)事務(wù)調(diào)度,跳轉(zhuǎn)到返回事件處理模塊中｡ 藍(lán)牙返回事件處理模塊:各個子程分別處理藍(lán)牙各個返回事件｡ 中斷模塊:包括外部中斷模塊和串口中斷模塊｡外部中斷模塊判斷手機(jī)是否有來電(僅主方需要);串口中斷模塊負(fù)責(zé)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包和事件包的接收和發(fā)送｡ 3.4 系統(tǒng)特點(diǎn)及使用效果 該語音系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有通信設(shè)備的后向兼容｡用戶無需更換現(xiàn)有的不具藍(lán)牙功能的通信設(shè)備,就可享受到無線通信帶來的便捷｡如何使現(xiàn)有設(shè)備與新技術(shù)產(chǎn)品之間保持平滑的過渡或者無縫連接是每個研發(fā)人員在開發(fā)產(chǎn)品時要著重考慮的問題｡正是基于以上考慮,才開發(fā)了這套藍(lán)牙語音系統(tǒng),旨在把藍(lán)牙產(chǎn)品盡快地推向市場｡ 經(jīng)試用后,該系統(tǒng)話音清晰穩(wěn)定(可達(dá)到市話標(biāo)準(zhǔn)),當(dāng)有來電或有電話撥出時,主從設(shè)備之間切換迅速,用戶感覺不到明顯的時延差異｡該系統(tǒng)性價比高,有很好的市場推廣前景｡ |
