2.4GHz藍(lán)牙發(fā)射與接收系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

【摘 要】本論文基于省級(jí)大學(xué)生項(xiàng)目《2.4GHz藍(lán)牙發(fā)射與接收系統(tǒng)電路分析與設(shè)計(jì)》，主要研究單片芯片設(shè)計(jì)藍(lán)牙無線通信的硬件電路。采用單片藍(lán)牙芯片CSR BlueCore5 Multimedia External設(shè)計(jì)藍(lán)牙的無線收發(fā)電路實(shí)現(xiàn)短距離的無線通信，并設(shè)計(jì)了晶振電路、平衡網(wǎng)絡(luò)等外圍電路。組成發(fā)射模塊和接收模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

【關(guān)鍵詞】通信系統(tǒng) 藍(lán)牙通信 硬件電路

藍(lán)牙技術(shù)[1]屬于短距離的無線通信技術(shù)，是無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，是一種低功耗、低成本、高效率的無線技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)有非常廣泛的應(yīng)用，可以在局域網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)或語(yǔ)音的信息交換，如計(jì)算機(jī)、筆記本、打印機(jī)、相機(jī)、手機(jī)和無線耳機(jī)等，藍(lán)牙設(shè)備之間的通信可以組成一個(gè)個(gè)的微微網(wǎng)，微微網(wǎng)之內(nèi)或者微微網(wǎng)之間都可以進(jìn)行互通信連接，從而實(shí)現(xiàn)了各種電子產(chǎn)品之間隨時(shí)隨地的進(jìn)行連接通信實(shí)現(xiàn)信息的交換，擺脫了有線連接的限制。在藍(lán)牙通信系統(tǒng)中藍(lán)牙模塊是整個(gè)產(chǎn)品的核心。承載著整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議體系的實(shí)現(xiàn)。本文采用CSR BlueCore5 Multimedia External[2]（BC5）設(shè)計(jì)2.4GHz藍(lán)牙發(fā)射與接收電路。該單片藍(lán)牙芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)：

發(fā)射機(jī)：電平控制+6dBm的RF發(fā)射功率芯片上有6位DAC動(dòng)態(tài)控制，不需要TX/RX開關(guān)。

接收機(jī)：集成通道濾波器、數(shù)字解調(diào)器提高靈敏度和同信道抑制、快速AGC動(dòng)態(tài)控制。

合成器：集成完全合成器，無需外部壓控振蕩器、變?nèi)荻O管諧振器或環(huán)路濾波器，兼容8MHz至32MHz的晶振。

基帶和軟件：外部Flash可擴(kuò)展32M，內(nèi)部8Kbyte RAM，允許高速數(shù)據(jù)傳輸，支持混合語(yǔ)音/數(shù)據(jù)的微微網(wǎng)，可以前向糾錯(cuò)、頭部差錯(cuò)控制、CRC。

立體聲音編解碼器：16位內(nèi)部立體聲編解碼器集成放大驅(qū)動(dòng)，集成低噪聲麥克風(fēng)偏置。

藍(lán)牙協(xié)議棧：音頻編解碼器和回音噪音抑制或在DSP上運(yùn)行的客戶特定算法和標(biāo)準(zhǔn)的HCI。

一、模塊整體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)電路設(shè)計(jì)主要是BC5和Flash兩塊芯片的連接與外圍電路設(shè)計(jì)。BC5單片芯片內(nèi)部集成了射頻單元、RAM、DSP、基帶、MCU、I/O等電路，外部設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

圖1整體模塊框圖

EN29LV160ce[3]是一款16MB高性能CMOS快速閃存。該芯片讀取周期70ns，最小化系統(tǒng)級(jí)電源要求3V單電源，功耗低并且獨(dú)立的輸出使能、芯片使能、寫使能控制，消除了總線爭(zhēng)議問題，允許任何單扇區(qū)或整片擦除操作，每個(gè)部門可以單獨(dú)保護(hù)，以防止編程/擦除操作或暫時(shí)無保護(hù)的擦除/編程。該芯片與藍(lán)牙芯片通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線連接。

Flash與BC5連接后外圍電路還需要設(shè)計(jì)晶振電路、平衡網(wǎng)絡(luò)等必備外圍電路。模塊系統(tǒng)組成框圖1所示。

二、藍(lán)牙硬件電路設(shè)計(jì)

（一）BC5與Flash電路圖設(shè)計(jì)

藍(lán)牙芯片與Flash的連接通過控制線、地址線和數(shù)據(jù)線。連接如圖2所示。其他電源線地線連接后就可工作。系統(tǒng)采用鋰聚合物電池提供3.6V正常電壓，接入藍(lán)牙芯片的VBAT+和VBTA—，芯片內(nèi)部電壓供應(yīng)由內(nèi)部的穩(wěn)壓器提供。只需要把三總線分別與藍(lán)牙芯片相應(yīng)的總線連接，電源線直接連接到相應(yīng)幅值的輸出接口。

（二）巴倫電路設(shè)計(jì)

射頻模塊與天線的連接需要阻抗匹配，我們選擇巴倫來實(shí)現(xiàn)。巴倫主要作用是阻抗匹配與信號(hào)的平衡，完成系統(tǒng)差分射頻信號(hào)與天線接收或者發(fā)射的信號(hào)間轉(zhuǎn)換。選擇巴倫主要考慮三個(gè)參數(shù)：回波損耗、插入損耗、相位平衡?；谶@三個(gè)參數(shù)，選用TDK的巴倫型號(hào)為HHM-1517。該芯片的平衡阻抗和不平衡阻抗都是50 ?滿足阻抗匹配要求。

（三）晶振電路設(shè)計(jì)

晶振為單片藍(lán)牙芯片提供外部參考時(shí)鐘，為MCU運(yùn)行提供時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生源。本設(shè)計(jì)采用KYOCERA 的26MHz 晶振，封裝為VC-TCXO 3225。與電路連接兩個(gè)引腳即可。

藍(lán)牙模塊PCB設(shè)計(jì)

由于藍(lán)牙電路工作頻率是在射頻段，射頻電路在實(shí)際的PCB[4]設(shè)計(jì)中有許多問題需要我們考慮，理論上的電路原理圖與實(shí)際應(yīng)用還有很大的差距，所以要處理好射頻電路的問題才能確保理論上功能的實(shí)現(xiàn)。由于元器件比較小，射頻電路要處理好電磁干擾信號(hào)提高電磁兼容性?？紤]到IC封裝的大小和引腳距離以及布線的要求，模塊在布板的設(shè)計(jì)選擇多層板。多層電路板是解決線路板上電磁兼容問題的一個(gè)有效方法。多層板具有降低電源線和底線噪聲電壓、降低輻射、減小高速信號(hào)失真。根據(jù)布板原則：電源層和地線層相鄰，高速信號(hào)線與地線層相鄰。本設(shè)計(jì)采用四層板設(shè)計(jì)，根據(jù)布板原則從上至下分別劃分為：

第一層：放置元器件，主要布置信號(hào)線；第二層：地線層和Flash連線；第三層：電源線層；最后一層：其余所有信號(hào)線。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢志鴻，藍(lán)牙技術(shù)原理與開發(fā)應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006

[2]Cambridge Silicon Radio Limited. BlueCore5-Multimedia External Product Data Sheet[Z]. 2007

[3]Eon Silicon Solution， Inc EN29LV160 Product Data Sheet[Z].2004

[4]黃玲玲，電路仿真與PCB設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012