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BluetoothASIC及其嵌入式应用

发布时间:2020-06-30 19:46:07 阅读: 来源:页岩气缓蚀剂厂家

1 引言 Bluetooth(蓝牙)作为新的短程无线电通信技术,可以随时随地用无线接口来代替有线电缆连接,可应用于多种通信场合,如WAP、GSM、 DECT等完成身份识别后可以灵活实现漫游,推动和扩大了无线通信的应用范围,使网络中的各种数字和语音设备互连互通,实现个人区域内快速灵便的数据和语音通信以及资源共享。Bluetooth技术在电信、计算机、家电等方面有着广阔的应用前景[4] ,计算机与外设之间通过Bluetooth技术实现控制信号和数据的无线传输;打印机、键盘、鼠标通过Bluetooth成为无线的可移动外设;各种家电和办公设备通过Bluetooth技术实现家庭无线网络和办公自动化网络。由Bluetooth 基带控制器和无线射频接收器接口组成Bluetooth模块,可向数字和语音设备提供全兼容的Bluetooth 接口。通过Bluetooth 模块的UART/PCM和USB与应用设备的接口,可构成Bluetooth 设备。Bluetooth 模块功耗低,对人体危害小,应用简单,成本低廉,容易实现,易于推广。 2 Bluetooth系统结构 Bluetooth系统的功能由无线射频收发器、基带链路控制器、链路管理与控制以及协议栈(软件)等部分组成(图1),其中无线射频收发器和基带控制器配合可构成完整的低功耗的Bluetooth模块,提供高至主机控制器接口(HCI)层的功能。Bluetooth 无线射频收发器完成空中接口的功能,采用跳频扩谱(FHSS)技术,在2.45GHz ISM频段上,从起始频率2.420GHz到终止频率2.480GHz之间分成79个1MHz带宽的跳频信道,每个信道分配625μs的时间,称为时隙,每个时隙用不同的跳频信号,用伪随机序列码来控制,以1600次/秒的速率进行切换,采用分时双全工(TDD)方式发射与接收,在发射带宽为1MHz时,有效数据速率为721kbit/s。Bluetooth无线射频遵循FCC(美国联邦通信委员会)有关电平为0dBm的ISM频段标准,空中链接范围可达10m。 Bluetooth基带链路控制器负责处理基带协议和其他一些低层常规协议,完成基带以及链路的管理和控制,包括物理连接、分组、纠错、逻辑信道、信道管理与控制、语言编解码和加密等功能。Bluetooth支持点与点和点与多点的连接,可采用无线方式将各个Bluetooth设备连成一个围绕个人的微微网(Piconet),一个Piconet最多可以有256 个Bluetooth设备,其中一个主设备和七个从设备,而其他设备则处于待机状态。几个Piconet 可以进一步互连形成分散网,一个Piconet 中的主/从设备可以是另一个Piconet 中的主/从设备。Bluetooth基带控制器提供两种连接方式,实时的频载波的射频频率,经环路滤波器滤波的调整电压用来改变VCO-tank的选择信道。接收平衡/不平衡转换器是将来自天线不平衡的无线电信号与片内平衡信号之间进行转换,平衡信号可较好地抑制共模干扰,发送平衡/不平衡转换器将发送信号从平衡状态转换为不平衡状态,以便天线发射。天线开关同步面向连接(SCO)和非实时的异步无连接(ACL),其中SCO为对称连接,主要传送语音或数据等实时性强的信号,必须在规定的时隙传输;ACL则以数据为主,可在任意实隙传送。数据被打包,分组传输,在同一个Piconet 中不同的主从对可以使用不同的连接类型;SCO和ACL支持不同类型的数据包,都使用TDD实现双全工传输。基带控制器提供三种纠错方法:1/3比例前向纠错码FEC、2/3比例前向纠错码和数据自动请求重发 ARQ。 Bluetooth的点与点之间的通信连接和数据传输是靠各层协议之间的配合与互相解释来实现的,大部分的Bluetooth协议栈被加载到Flash ROM中3 Bluetooth 无线射频收发器 PH2401的结构特性 PHILSAR公司提供的单片无线收发器PH2401 是短程Bluetooth通信系统的前端,采用砷化镓工艺制造,具有高集成度、超低功耗、体积小等优点,专门优化用于2.4GHz无线个人系统,完全兼容Bluetooth规范。PH2401采用调制指数为0.3的高斯频移键控(GFSK)调制方式,内部结构由7个操作子块组成,图2示出各个子块之间的互操作性。其中压控振荡器VCO-tank产生每一时隙的跳既可以从天线滤波到接收端口的转换,也可以是从射频控制部分的输出端口到天线滤波器的转换,天线开关的控制由TX-ON端口的设置来完成。Bluetooth无线射频收发器采用跳频/时分双工的传输机制,收发在不同的频率和不同的时隙中,且留有220μs的收发切换时间。天线滤波器滤除接收模式时的干扰和减少发送模式时的谐波信号。 Bluetooth无线射频收发器内部最重要的部件是无线电数字信号处理器RDSP,这是利用射频外差接收的信号处理与控制交换的RDSP,有大量的电路集成在这个处理器内,如双通道A/D转换器、数字锁相与频率合成器、串行接口、控制逻辑、可跳动的低功耗振荡器(LPO)、电源复位电路(POR)、分频电路以及可编程控制逻辑寄存器。其中对指令寄存器IR的读写实现跳频、调谐等功能。而控制寄存器用于动态自动频率补偿(DAFC)来校正接收端的频率漂移,有两种控制模式,快模式提供较为粗略的频率补偿,主要用于接入码;慢模式提供较为精确的补偿,用在分组头和数据负荷中。在无线电数字信号处理器RDSP中还设有接收功率增强度指示(RSSI)寄存器,可在每个时隙测量接收信号的强度并调整前端LNA 的增益,以限制混频器的输入信号强度,实现快速自制器与PH2401无线收发器接口,需要发送的数据在链路控制器中被装配,加上同步字、帧头以及CRC校验字,并经白化,是否进行加密可由用户选择,收到的数据则在此被解码、检错。队列管理器完成缓冲RAM与链路控制器以及USB或串行主机与音频接口之间的智能DMA传输。同时识别不同格式的Bluetooth数据包,并进行相互转换。动增益控制AGC。

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