Bluetooth ASIC及其嵌入式應用
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Bluetooth（藍牙）作為新的短程無線電通信技術，可以隨時隨地用無線接口來代替有線電纜連接，可應用于多種通信場合，如WAP、GSM、 DECT等完成身份識別后可以靈活實現漫游，推動和擴大了無線通信的應用范圍，使網絡中的各種數字和語音設備互連互通，實現個人區域內快速靈便的數據和語音通信以及資源共享。Bluetooth技術在電信、計算機、家電等方面有著廣闊的應用前景[4] ，計算機與外設之間通過Bluetooth技術實現控制信號和數據的無線傳輸；打印機、鍵盤、鼠標通過Bluetooth成為無線的可移動外設；各種家電和辦公設備通過Bluetooth技術實現家庭無線網絡和辦公自動化網絡。由Bluetooth 基帶控制器和無線射頻接收器接口組成Bluetooth模塊，可向數字和語音設備提供全兼容的Bluetooth 接口。通過Bluetooth 模塊的UART/PCM和USB與應用設備的接口，可構成Bluetooth 設備。Bluetooth 模塊功耗低，對人體危害小，應用簡單，成本低廉，容易實現，易于推廣。
2 Bluetooth系統結構
Bluetooth系統的功能由無線射頻收發器、基帶鏈路控制器、鏈路管理與控制以及協議棧（軟件）等部分組成（圖1），其中無線射頻收發器和基帶控制器配合可構成完整的低功耗的Bluetooth模塊，提供高至主機控制器接口（HCI）層的功能。Bluetooth 無線射頻收發器完成空中接口的功能，采用跳頻擴譜（FHSS）技術，在2.45GHz ISM頻段上，從起始頻率2.420GHz到終止頻率2.480GHz之間分成79個1MHz帶寬的跳頻信道，每個信道分配625μs的時間，稱為時隙，每個時隙用不同的跳頻信號，用偽隨機序列碼來控制，以1600次/秒的速率進行切換，采用分時雙全工（TDD）方式發射與接收，在發射帶寬為1MHz時，有效數據速率為721kbit/s。Bluetooth無線射頻遵循FCC（美國聯邦通信委員會）有關電平為0dBm的ISM頻段標準，空中鏈接范圍可達10m。
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Bluetooth基帶鏈路控制器負責處理基帶協議和其他一些低層常規協議，完成基帶以及鏈路的管理和控制，包括物理連接、分組、糾錯、邏輯信道、信道管理與控制、語言編解碼和加密等功能。Bluetooth支持點與點和點與多點的連接，可采用無線方式將各個Bluetooth設備連成一個圍繞個人的微微網（Piconet），一個Piconet最多可以有256 個Bluetooth設備，其中一個主設備和七個從設備，而其他設備則處于待機狀態。幾個Piconet 可以進一步互連形成分散網，一個Piconet 中的主/從設備可以是另一個Piconet 中的主/從設備。Bluetooth基帶控制器提供兩種連接方式，實時的頻載波的射頻頻率，經環路濾波器濾波的調整電壓用來改變VCO-tank的選擇信道。接收平衡/不平衡轉換器是將來自天線不平衡的無線電信號與片內平衡信號之間進行轉換，平衡信號可較好地抑制共模干擾，發送平衡/不平衡轉換器將發送信號從平衡狀態轉換為不平衡狀態，以便天線發射。天線開關同步面向連接（SCO）和非實時的異步無連接（ACL），其中SCO為對稱連接，主要傳送語音或數據等實時性強的信號，必須在規定的時隙傳輸；ACL則以數據為主，可在任意實隙傳送。數據被打包，分組傳輸，在同一個Piconet 中不同的主從對可以使用不同的連接類型；SCO和ACL支持不同類型的數據包，都使用TDD實現雙全工傳輸。基帶控制器提供三種糾錯方法：1/3比例前向糾錯碼FEC、2/3比例前向糾錯碼和數據自動請求重發 ARQ。
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Bluetooth的點與點之間的通信連接和數據傳輸是靠各層協議之間的配合與互相解釋來實現的，大部分的Bluetooth協議棧被加載到Flash ROM中
3 Bluetooth 無線射頻收發器 PH2401的結構特性
PHILSAR公司提供的單片無線收發器PH2401 是短程Bluetooth通信系統的前端，采用砷化鎵工藝制造，具有高集成度、超低功耗、體積小等優點，專門優化用于2.4GHz無線個人系統，完全兼容Bluetooth規范。PH2401采用調制指數為0.3的高斯頻移鍵控（GFSK）調制方式，內部結構由7個操作子塊組成，圖2示出各個子塊之間的互操作性。其中壓控振蕩器VCO-tank產生每一時隙的跳既可以從天線濾波到接收端口的轉換，也可以是從射頻控制部分的輸出端口到天線濾波器的轉換，天線開關的控制由TX-ON端口的設置來完成。
Bluetooth無線射頻收發器采用跳頻/時分雙工的傳輸機制，收發在不同的頻率和不同的時隙中，且留有220μs的收發切換時間。天線濾波器濾除接收模式時的干擾和減少發送模式時的諧波信號。 Bluetooth無線射頻收發器內部最重要的部件是無線電數字信號處理器RDSP，這是利用射頻外差接收的信號處理與控制交換的RDSP，有大量的電路集成在這個處理器內，如雙通道A/D轉換器、數字鎖相與頻率合成器、串行接口、控制邏輯、可跳動的低功耗振蕩器（LPO）、電源復位電路（POR）、分頻電路以及可編程控制邏輯寄存器。其中對指令寄存器IR的讀寫實現跳頻、調諧等功能。而控制寄存器用于動態自動頻率補償（DAFC）來校正接收端的頻率漂移，有兩種控制模式，快模式提供較為粗略的頻率補償，主要用于接入碼；慢模式提供較為精確的補償，用在分組頭和數據負荷中。在無線電數字信號處理器RDSP中還設有接收功率增強度指示（RSSI）寄存器，可在每個時隙測量接收信號的強度并調整前端LNA 的增益，以限制混頻器的輸入信號強度，實現快速自制器與PH2401無線收發器接口，需要發送的數據在鏈路控制器中被裝配，加上同步字、幀頭以及CRC校驗字，并經白化，是否進行加密可由用戶選擇，收到的數據則在此被解碼、檢錯。隊列管理器完成緩沖RAM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。同時識別不同格式的Bluetooth數據包，并進行相互轉換。動增益控制AGC。
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