济南市72655部队 司朝良
摘 要：蓝牙技术是一种点对点或点对多点的短距离无线连接技术方案，而蓝牙模块是蓝牙技术的硬件基础。文中介绍了Silicon Wave公司的射频及调制解调器SiW1502和链路控制器SiW1602的主要特点、内部结构以及由它们构成蓝牙模块的设计方案。
关键词：蓝牙；链路控制器；调制解调器；SiW1502；SiW1602
1蓝牙技术概述
蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距离无线电技术，是语音和数据无线传输的开放化全球性规范，其目的是取代数据电缆，实现多种电子设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接。运用蓝牙技术，可以将家庭或办公室中的各种数据和语音设备组成一个微微网(Piconet)，还可以进一步将几个微微网连接成一个更大的散射网(Scatternet)。在这种网络环境中，可以用手机控制办公室里的复印机、传真机等设备，也可以在行进的车中用随身携带的笔记本电脑进行电子邮件收发和网上冲浪等活动。蓝牙技术的运用和发展对于提高人类生活质量和改善办公条件起到了巨大的推动作用。
蓝牙的概念由瑞典EriCSSon公司于1995年提出，并采用了公元十世纪统一北欧诸国的丹麦国王Harald二世的绰号＂Bluetooth＂作为这一技术的名称，有意在全球建立一种开放性的统一标准。这一概念一经提出，便被业界普遍接受，由3COM、Ericsson、IBM、Intel、Motorola和Nokia等国际知名公司迅速成立了一个特殊利益集团(SIG)，负责讨论和制定相应的技术规范。目前，蓝牙技术规范已由V1.0版本(1999年5月)、V1.0B版本(1999年12月)，发展到V1.1版本(2000年12月)。
蓝牙技术工作在全球开放的2.4GHz ISM频段，采用跳频技术(1600跳/s)来提高抗干扰和抗衰减性能，其射频部分采用高斯频移键控(GFSK)调制方式。它可提供23或79个信道，每个信道宽度为1MHz。V1.1版本支持三个用于语音传输的同步信道，或者同时支持一个同步语音信道和一个异步数据信道。每个同步信道的数据传输速率为64kb/s。异步信道的数据传输速率在上下行对称时最大为433.9kb/s；而在其不对称时，下行最大为723.2kb/s，上行为57.6kb/s。根据射频部分发射功率的大小，蓝牙设备通常分为三级，常用的是一级，其发射功率为0dBm左右，传输距离可达10米。
2 SiW1502简介
SiW1502是美国Silicon Wave公司推出的一款蓝牙射频芯片，其内部包含一个2.4GHz射频收发器和一个GFSK调制解调器。SiW1502为单片模数混合集成电路，射频部分为模拟电路，调制解调器部分采用CMOS工艺。它可以和SiW1602(或其他型号)链路控制器一起构成蓝牙无线通信模块。
2.1 SiW1502的主要特点
SiW1502的主要特点如下：
●完全符合蓝牙V1.1标准；
●采用直接转换式射频结构，片内集成了VCO和频率合成器，因而使得外围元件大大减少。VCO的工作频率范围为2400MHz～2480MHz；
●在射频部分和调制解调器之间由A/D和D/A转换器来传输数据；
●GFSK调制解调器采用数字调制，并具有通道滤波、自动频率控制和符号定时恢复等功能；
●可通过一个引脚很少的数字接口与蓝牙链路控制器直接接口；
●直接的最大射频输出功率为0dBm。另外，为满足第二、第三级发射功率输出的需要，可外接功率放大器，并可由片内的控制引脚(EXT PACNTL)对外部放大器进行功率控制。该控制引脚输出的电流大小有八级，并可编程设置；
●它的标称射频输入信号电平范围为－85dBm～－12dBm；
●工作电源为＋3V。需要时，还可以由外部电池给内部低功耗调整器提供电压，以供系统休眠电路使用；
●功耗低，体积小，成本较低。
2.2 SiW1502的结构原理
SiW1502内部由射频电路、GFSK调制解调器、逻辑控制、时钟产生与分配电路、寄存器以及SPI接口等几部分组成。
SiW1502在接收时，首先由射频电路完成低噪声放大、直接正交下变频和低通滤波，再经A/D转换后送到GFSK调制解调器，同时由GFSK调制解调器进行数据检测和定时恢复，然后将还原后的数据送到片外的基带控制器或链路控制器。发送时的工作过程与接收相似，只是信号流向相反而已。
时钟电路可产生32kHz和32MHz两种频率的时钟信号，其中32MHz时钟主要供片内射频电路、大部分数字电路和外部处理器使用。而32kHz时钟主要供外部电路使用，而且该时钟在休眠模式下仍能产生。
SPI接口为同步可编程串行接口，其最高时钟可达4MHz，主要用来访问片内的寄存器。
2.3 SiW1502的引脚功能
SiW1502采用48脚MLFP封装，图1是其引脚分布图，各引脚的功能说明如下：
3，4脚(RF_IN/OUT_,RF_IN/OUT-+):射频信号平衡输入/输出；
5脚(EXT_PA_CNTL):控制外部功率放大器增益的电流输出；
6.7脚(32kHz_XTAL+,32kHz_XTAL-):连续32kHz(或32.768kHz)晶体；
8脚（V2.3_OUT）:内部低功耗调整器产生的2.3V电压输出；
9脚(32kHz_CLK):32kHz时钟输出；
2，10，12，15，18，41，42，46脚(VCC)：模拟电源(＋3V)输入；
11脚(VCC_BAT)低功耗电压调整器的输入，通常由电池提供；
13，14脚(GND)：地；
16脚(CHRG_PUMP):PLL电荷泵输出，接外部环路滤波器；
17脚(TUNEIN)：VCO的调谐输入；
24脚(DIGITAL REG CAP)：数字调整器滤波端，通常接一只0.1μF电容；
25，37脚(VDD)：数字电源(＋3V)输入；平有效；
电路的转换。高电平时为收，低电平时为发；
32脚(MODEM_RX/TX_DATA):MODEM据口，可编程控制方向；
33脚(MODEM_RX_CLK):MODEM出接收时钟输出(选用)；
34脚(MODEM_TX_DATA):发往MODEM的数据；
35脚（MODEM_CD_TEXN）:接收载波检测输出/发送使能输入；
36脚(BB CLK)：输出到基带控制器的时钟；
38脚(ENABLE RM)：32MHz振荡器使能端；
39脚(HOP STRB)：由链路控制器输入的发送或接收周期的开始信号；
40脚(BB CLK MODE)：控制BB＿CLK的输出频率。高电平时为16MHz；低电平时为8MHz；
43，44，45脚（VREFP＿CAP，VREFM＿CAP，VC＿CAP)：内部A/D转换器参考电压的滤波端。通常都接0.1μF的电容；
47，48脚（32MHz_XTAL_,32MHz_XTAL+）:连接32MHz晶体。
3 SiW1602简介
SiW1602链路控制器主要提供蓝牙连接管理与控制功能。它与SiW1502一起可构成一种完整的、高性价比的蓝牙模块解决方案。
3.1 SiW1602的主要特点
SiW1602链路控制器的主要特点如下：
●可与射频及调制解调器芯片SiW1502直接接口；
●具有符合蓝牙V1.1标准的USB接口；
●链路控制功能可用硬件实现，且符合蓝牙V1.1标准；
●支持所有的蓝牙数据分组类型，优先考虑时间因素的分组处理；
●带有微微网(Piconet)功能，并具有主从机转换功能；
●具有标准定义的密码认证与加密功能；
●支持发送功率控制和接收机RSSI(接收信号强度指示)功能；
●可以以1Mb/s的速率进行异步非连接(ACL)或同步面向连接(SCO)；
●片内带有两个384位的发送/接收FIFO，可确保在中断等待时间内分组数据不会丢失；
●内含可编程的中断控制器；
●具有低功耗模式。
3.2 SiW1602的结构原理
SiW1602内部主要包括链路控制器和MODEM接口、SPI、USB以及总线接口等几个接口单元，另外还包括一个用于内部逻辑调试的JTAG测试接口。 链路控制器主要完成实时处理和包括基带协议、连接管理协议等在内的低层次协议处理，以使主机能够通过蓝牙连接与外界进行通信。所有的实时功能(包括跳频、定时提取、合成器编程以及时钟同步等)都由硬件来完成。同时，链路控制器还负责完成前向纠错(FEC)、扰码与解扰、加密与解密、循环冗余校验(CRC)、字头纠错(HEC)以及接收与发送数据缓冲等功能。
SiW1602中的USB接口符合蓝牙的主控制器接口(HCI)层协议标准，该接口有一个六端点的内部存储器可映射到MPU，它的每一个端点对应一个128×8位的FIFO。
芯片的总线接口通过8位数据总线和10位地址总线与主控制器相连，所有的输出都采用CMOS电平驱动。
SiW1602有两种时钟输入。32MHz是芯片的主工作时钟。32kHz时钟则用于电源休眠状态下的少部分逻辑电路。
3.3 SiW1602的引脚功能
SiW1602采用108针细间距BGA封装形式，其引脚分布见图2所示，各引脚功能如下：
4 SiW1502和SiW1602构成的蓝牙模块
采用射频及调制解调器芯片SiW1502和链路控制器芯片SiW1602可构成一套完整的蓝牙模块解决方案，图3是其模块构成的连接框图。该方案在射频端不采用外部功率放大器，其直接输出功率在0dBm左右，符合蓝牙的一级标准。由于SiW1602内含基带协议和链路控制协议的硬件电路，所以模块不需要再外挂FLASH协议栈，从而减少了系统的复杂性。因此，该模块不失为一款低功耗、高性价比的蓝牙模块解决方案，可直接内嵌于蜂窝移动电话、笔记本电脑、打印机以及PDA等产品中。
参考资料
1.http：//www.bluetooth.com：Bluetooth Specification Version 1.1
2.Silicon Wave公司.SiW1502 Data Sheet；SiW1602 Data Sheet
摘自 国外电子元器件
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