摘要：介紹了愛立信公司推出的藍(lán)牙芯片ＲＯＫ １０１ ００７的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在無線語音系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：藍(lán)牙 主機(jī)控制接口
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(jí)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(gè)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(shí)鐘,如圖１所示。
圖1 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和部分外部管理
１．１ 無線收發(fā)器ＰＢＡ ３１３ ０１／２
ＰＢＡ ３１３ ０１／２是一個(gè)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?cái)?shù)據(jù)傳輸率為１Ｍｂｉｔ／ｓ。能在可供使用的７９個(gè)信道（２．４０２～２．４８０ＧＨｚ）之間快速地跳頻（１６００個(gè)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(jí)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)。ＰＢＡ 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(gè)操作部件,如圖１所示。各部件功能如下：
①Ｒａｄｉｏ ＡＳＩＣ完成信號(hào)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(duì)射頻信號(hào)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(gè)基于ＡＲＭ７－Ｔｈｕｍｂ的功能塊,通過ＵＡＲＴ或ＵＳＢ接口控制無線收發(fā)器�；鶐Э刂破髫�(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(hào)。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(gè)藍(lán)牙設(shè)備都可以通過ＬＭＰ與另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備的鏈路管理器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)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(dòng)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(huì)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(shí)鐘
該模塊內(nèi)置頻率為１３ＭＨｚ的時(shí)鐘。時(shí)鐘由一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生,保證定時(shí)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(shí),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(shí),ＲＯＫ １０１ ００７是一個(gè)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）＆ＤｅｔａｃｈＣ１ 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(shí),如果藍(lán)牙設(shè)備收到建立連接的請(qǐng)求,Ｗａｋｅ ｕｐ信號(hào)就會(huì)“喚醒”主機(jī)。而主機(jī)可通過Ｄｅｔａｃｈ信號(hào)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(gè)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�？紤]到編碼的健壯性,應(yīng)優(yōu)先選擇ＣＶＳＤ。
圖3 系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)
與ＰＣＭ語音接口有關(guān)的管腳信號(hào)有：
·ＰＣＭ＿ＳＹＮＣ（Ａ３） 設(shè)置ＰＣＭ數(shù)據(jù)的采樣速率。
·ＰＣＭ＿ＯＵＴ（Ａ２）＆ＰＣＭ＿ＩＮＡ１ 接收或發(fā)送語音編碼信號(hào)。這兩個(gè)管腳信號(hào)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(jiǎn)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(hào)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(hào)。
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(dòng)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(qǐng)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(shí),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(gè)模塊組成：
單片機(jī)控制模塊 包括ＡＴ８９Ｃ４０５１芯片和信號(hào)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(cè)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ＭＣ１４５４８３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(hào)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(duì)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(jì)
軟件設(shè)計(jì)采用直接對(duì)ＨＣＩ層進(jìn)行編程。由主機(jī)向ＨＣＩ發(fā)命令,ＨＣＩ收到命令后,會(huì)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(gè)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(duì)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(gè)子程分別處理藍(lán)牙各個(gè)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(gè)研發(fā)人員在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)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(chǎng)。
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(shí),主從設(shè)備之間切換迅速,用戶感覺不到明顯的時(shí)延差異。該系統(tǒng)性價(jià)比高,有很好的市場(chǎng)推廣前景。
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