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蓝牙MP3芯片技术及不同解决方案介绍

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作者:魏心伟时间:2007-03-29来源:亚太资源网

前言

MP3 播放器市场在经过几年高速的增长之后,尤其是在低价MP3 播放器大量涌入市场的情况下,MP3 播放器产业链的各个环节都面对着巨大的压力。如何寻找新的亮点,增加新的价值来给这个疲于奔命的市场带来新的生机,成为产业链上各个厂家研究的重要课题。随着手机、PC 市场上的蓝牙的快速发展,在MP3 播放器中嵌入蓝牙技术也开始成为热点和一大趋势。

在MP3 播放器上植入蓝牙技术正是在这一背景下产生的。而现阶段,在MP3 播放器上植入蓝牙技术也是一个非常好的市场契机。其一是:随着PC、手机上的蓝牙的广泛应用,消费者对蓝牙技术的认知和使用已经得到广泛的教育,市场培育的工作已经完成。其二是:PC 和手机上的蓝牙的广泛推广,推动了整个蓝牙市场向前发展,从而使蓝牙技术日臻成熟,并且在价格上也开始大幅的下降。其三是:有了PC 和手机等产品的蓝牙的发展,使蓝牙的应用场景得到了极大的丰富,人们可以随时随地使用蓝牙进行数据交换。而MP3 播放器这样的产品除了在MP3 音乐播放的功能这外还具备大量数据携带的能力。蓝牙技术除了能提供用户无线享受音乐的同时,还给了用户交换数据的便利,所以必将引起MP3 播放器市场的新一轮浪潮。

一、蓝牙MP3芯片

众所周知,蓝牙技术是一种短距离的无线通信技术,但是除了提供无线连接之外,它还提供基于该无线连接的众多应用。目前已经有的应用已经超过25 个,如常见的有:单声道耳机服务、立体声音乐传输、文件传输、目标推送和拔号等等。不同的应用有不同的应用场景,不同的应用场景决定不同的产品形态。

如何将MP3 播放器和蓝牙技术进行完美的整合是各大厂家思考的问题。目前主要有两个方向:第一个方向是MP3 芯片提供厂家在芯片级进行整合;第二个方向是在应用级进行整合。这一级整合主要MP3 播放器的设计公司或OEM 厂商自行完成。这两种整合的方向各有优缺点,在此不一一赘述。

在这个整合的过程中,蓝牙作为一个连接和应用皆备的无线技术,具备更难的技术特性,所以本文就蓝牙技术在整合进MP3 播放器作一些技术上的分析。同时为了便于分析,更有针对性,本文以CSR 蓝牙芯片及技术作为分析样本。

CSR BlueCoreTM 芯片主要分为三个部分,微控制器部分,MMU 部分, RF 部分。微控制器部分如图一所示:

图一:CSR CSR BlueCoreTM 芯片微控制器部分框图

微控制器除了一些外围的控制逻辑之外,主要负责蓝牙协议栈的处理和和芯片本身的控制。至于蓝牙的协议栈的处理,依据不同的情况而有所不同。这些不同主要取决于对芯片功能的定义。MMU 部分的框图:

图二:CSR CSR BlueCoreTM 芯片MMU 部分框图

MMU 主要负责存储相关活动。第三个就是RF 部分,这也是本文的重点。下图为RF部分的方框:

图三:CSR CSR BlueCoreTM 芯片RF 部分框图

该RF 部分由发射、接收和RF 合成器三部分组成。蓝牙技术采用时分双工传输方案,使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收信号,且在发送和接收信息中通过不断改变传输方向来共用一个信道,实现全双工传输,并且为了防止工作在2.4G 频段的其它设备的干扰,在物理信道的选择上采用了跳频技术。在该方案中,RF 发射器采用直接IQ 调制以减少时隙上的频率飘移。数字发射滤波器提供所需的频谱形状,功率放大器具有+7dB 的功率输出,可以满足Class2 和Class3 的功率发射要求,并具备功率调整的功能。RF 接收器,在选择接收机电路方案的时候,设计复杂度、成本、功耗等是首先需要考虑的。常见的两种接收机设计原理包括超外差式和零差式。蓝牙接收器具有零中频结构,这个结构允许把信道滤波器集成在内核中,在低噪声输入端足够高的带外截止性能指标允许射频模块靠近GSM 或CDMA 发射器使用,CSR 的BlueCoreTM 芯片在同信道和邻近信道抑制方面超过了蓝牙的要求。LNA 可以设置为单端模式或是差分模式,单端模式用于Class1、差分模式用于Class2、lass3。RF 合成器被完全集成到了内核中,不需要外接压控震荡器,变容二极管和LC 调谐器等。

二、蓝牙射频方面面临的难题

蓝牙射频方面面临的难题有:PCB 板层的分配、电源的处理、接地和过孔设计以及天线的选择等。现在天线有很多解决方案,但是成本、尺寸大小、性能及技术难度各有差异。所以对天线的基本性能,如增益、极化、输入阻抗、回波损耗等等都需要认真关注。由于天线处于不同的工作环境,如PC 材质的不同,其工作频率会有误差,或升高或降低,所以RF 调试在整个产品的开发过程中具有举足轻重的地位。RF 调试通常分为两个部分,第一部分是无线匹配的调试,第二部分是RF 前端的调试。

三、蓝牙软件设计

上面谈的是RF 设计及调试的问题,下面谈一下蓝牙软件的设计。为了叙述方便,还是以CSR 来进行阐述。CSR 在蓝牙软件上提供两种解决方案。其一是Bluelab,其二是BCHS(BlueCoreTM Host Software)。Bluelab 为独立的系统设计提供支持,所有的蓝牙协议栈,应用以及用户接口均运行在CSR 的BlueCoreTM 芯片内。该方案为构建轻量级的蓝牙设备提供了便利,OEM 厂商很容易通过自已的开发实现如蓝牙单声道耳机、立体声耳机、无线音响等产品。该方案只适合仅需比较单一功能的蓝牙产品。BCHS 是将蓝牙协议栈以HCI(Host Controller Interface)为界线,分成两个部分。蓝牙核心协议栈,如LC、LMP 等运行在CSR的BlueCoreTM 芯片内,而高层协议,如L2CAP、SDP 及各种Profile 运行在另一个CPU 上。这个CPU 称为Host,而我们称运行在Host 上的代码为BCHS。Host 与BlueCoreTM 芯片在软件上的接口是SIG 组织的标准HCI 接口,并对其命令集进行拓展,以便Host 能方便管理BlueCoreTM 芯片。Host 与BlueCoreTM 芯片的硬件接口可以是USB,也可以是UART。由于BCHS 是运行在主CPU 上,而主CPU 具备相对丰富的系统资源,也具备更多可裁减的灵活性,所以OEM 厂商可以有更大的自由空间来选择要实现的蓝牙功能。从开发难度上来讲,BCHS 方案要大于Bluelab 方案。是采用Bluelab 还是采用BCHS,主要取决于产品形态以及功能需求。

四、蓝牙MP3解决方案介绍

世健系统(Excelpoint Systems (PTE) Ltd.)是著名的元器件分销商,除了为客户提供分销服务之外,还为客户提供一站式的设计及技术支持等服务。世健系统很早就开始关注并涉足媒体播放器和无线技术的整合,并进行了深入细致的研究,认为这将会有很广阔的市场前景。正是基于这一认识,世健系统从2004 年就开始推出了一系列完整的蓝牙MP3 解决方案,下面将对这些方案逐一进行介绍。

(一、)SDMP3

该方案基于CSR 的BlueCoreTM03-MM 芯片开发,是一个完全的单芯片解决方案,下图是开发板:

图四:SDMP3 开发板

其系统框图如图五:

图五 SDMP3 系统框图

能够实现的功能有:MP3 回放、蓝牙耳机立体声音乐接收、蓝牙单声道耳机,U 盘和FM 等功能。当正在欣赏MP3 的时候,如果有电话打进来,该播放器将暂停MP3 的播放,响振铃提示音,并可以在显示屏上显示来电号码。当一旦用户接听完电话,自动恢复MP3 的播放。该方案的最大亮点在于用很低的成本实现蓝牙功能和多媒体功能的整合,适合在低端市场上竞争。目前已经有多家OEM 厂商已经采用该方案,并已经量产。

(二、)实现蓝牙单声道耳机功能的蓝牙MP3

该方案在蓝牙硬件上采用CSR 的BlueCoreTM02-Flash,世健系统开发了BlueCAP-HSHF套件,该套件运行在BlueCoreTM02-Flash 芯片中,与MP3 播放器的主CPU 协同工作,硬件接口为UART,软件接口为HBCP(Host BlueCoreTM Communication Protrocol)。下图是软件的系统结构图:

图六:实现单声道耳机的解决方案软件系统框图

该方案已经有多家厂家生产上市,如图六是香港I.Tech 公司的产品图,该产品通过了SIG组织的BQB 认证。

图七 香港I.Tech 公司PowBOX 产品

世健系统推出了基于Philips 的PNX0101,PN0102,Sigmatel 的35XX 系列芯片的完整解决方案。该方案除了通常的MP3 播放器的功能外,在和蓝牙整合部分,当有来电的时候正在播放的MP3 音乐将被暂停,接听电话,通话结束后继续回到MP3 的播放状态。注:对于Sigmatel 的35XX 系列,没有硬件UART 接口,世健开发了基于GPIO 的软件UART 的解决方案来解决这一问题。

(三、)实现立体声音乐经蓝牙传输的MP3 解决方案。

为了解放用户,把他们从欣赏音乐的同时又不得不受长长的音频线的束缚中解脱出来,世健系统推出了能够用蓝牙传送立体声音频的解决方案,让用户以更加自由的方式来享受美妙的音乐。该方案的蓝牙芯片采用CSR 的BlueCoreTM03-MM.在该芯片上,世健提供BlueCAP-AV-HSHF 套件,和主CPU 的硬件接口为UART。软件接口为HBCP,该套件提供立体声音频传输,蓝牙耳机(Handset Handfree),来电显示等特色功能。该方案的软件系统框图与图五完全相同,不同的是在BlueCAP 的实现层,增加实现的是A2DP 和AVRCP 的应用协议。

世健提供Philips in PNX0101、PNX0102、Sigmatel 的35xx系列的完整解决方案。该方案最大的优点是开发简单。目前已经有多家厂商正在基于该方案开发产品。

(四、)基于BlueCoreTM04-ROM 的方案

该解决方案的媒体播放器主芯片选用Sigmatel 的36xx系列, 蓝牙芯片是BlueCoreTM04-ROM。系统结构图如下:

图八 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解决方案

下图是世健系统提供的开发板示意图:

图九 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解决方案开发板

BC04-ROM 只运行蓝牙核心协议栈,其它高层协议和应用均运行在Sigmatel 的36XX上。目前世健系统在蓝牙部分提供的功能有立体声音频传输,文件共享,照片打印,无线游戏,单声道耳机等功能,由于该方案是基于BCHS 开发的,所以拥有更大的自由空间,可以增加客户所期望的任何的蓝牙功能,目前该方案已经进入全面推广的阶段。可以说用“日新月异”来形容现在的科学技术的迅猛发展毫不夸张。现代人类正在这科 学技术的成果下享受越来越方便的生活,越来越惬意的人生。蓝牙技术和多媒体技术的完美整合也将给人类的娱乐方式带来新的体验和感受,也给供应链上的各个厂商带来更多的市场机会。

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