摘 要： 采用CSR公司單芯片藍牙IC—BlueCore5-Multimedia External（BC5）作為核心器件，以SST公司的Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K作為外圍存儲器件,，用來存儲系統(tǒng)固件,、系統(tǒng)密鑰和系統(tǒng)設置等，并設計了電源電路,、晶振電路,、天線接入電路和復位電路等外圍電路，從而搭建出一個具有低成本,、低功耗,、小體積等特點的BC5藍牙通信模塊。
關鍵詞： BC5,；藍牙模塊,；藍牙通信；低成本,；低功耗
藍牙技術[1]給消費者打開了一個無線的時代,，徹底地擺脫了連線的束縛，盡情地享受著無拘無束的視聽樂趣,。在藍牙通信系統(tǒng)中,，最重要的部分是藍牙通信主模塊，它是整個系統(tǒng)的心臟,。承擔著信號發(fā)送,、接收、處理以及去噪等眾多關鍵任務,。本文針對CSR公司新推出的一款成熟的第五代產(chǎn)品BC5設計一款藍牙通信模塊。BC5相對前幾代的產(chǎn)品具備以下優(yōu)點[2]：
(1)完全符合藍牙V2.1+EDR規(guī)范,；
(2)具備-90 dBm的接收靈敏度和8 dBm的發(fā)射功率,；
(3)64 MIPS Kalimba DSP 協(xié)處理器；
(4)16 bit內(nèi)部立體聲編碼解碼器:嵌有信噪比可達95 dB的數(shù)模轉(zhuǎn)換器,；
(5)低至1.5 V的操作電壓,，并提供1.8 V~3.6 V的I/O操作電壓；
(6)集成有1.5 V和1.8 V的線性穩(wěn)壓器，開關式穩(wěn)壓器和電池充電器,；
(7)最大可支持32 Mbit的外部Flash內(nèi)存,；
(8)8 mm×8 mm×1.2 mm, 0.5 mm pitch 169-ball TFBGA的小型封裝。
1 模塊整體方案設計
整個模塊是圍繞在BC5和Flash兩塊最主要的IC上進行設計和制作的,。因此,，主要由BC5和Flash決定了模塊大小、硬件布局,、PCB設計復雜度和制板工藝,。其中BC5單芯片的內(nèi)部結構由2.4 GHz射頻、RAM,、基帶DSP,、MCU、Kalimba DSP和I/O等部分構成[2],，功能集成度高,，所需外圍器件少。
Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K的內(nèi)部各功能單元及各單元間信號流向如圖1所示,。
SST39WF1601A-90-4C-B3K芯片是一款典型的16 MB的高速Flash,，讀寫周期只有90 ns，1.8 V的低操作電壓,，只有0.8 mm的球間距及6 mm×8 mm大小的BGA封裝[3],。圖1中展示了Flash與BC5需要連接的有三大類信號線：控制線、地址線和數(shù)據(jù)線,。再加入相應的操作電壓及接地線,，便可實現(xiàn)兩者的相互聯(lián)接。
Flash與BC5之間的連接是模塊連接中的主要部分,，但要搭建整個模塊還需要設計電源電路,、晶振電路、天線接入電路和復位電路等必備外圍電路,。模塊系統(tǒng)組成框圖如圖2所示,。
從圖2中可以看到整體方框內(nèi)包含上述所有的單元電路，在系統(tǒng)方框的外部還標出了外接天線的接入點和模塊可外接的I/O端口,，端口的功能與所標注名稱一致,。
2 模塊電路圖設計
2.1 BC5與Flash連接電路圖
由圖1中可以看到，F(xiàn)lash的連接主要由控制線,、地址線和數(shù)據(jù)線組成,。因此，在原理圖的繪制過程中,，只要把三類線分別接好,，再加上操作電壓和接地等部分便可完成Flash的連接,。雖然在電路圖的設計中并不顯復雜，但正是由于此部分的連線是整個模塊中最繁多的,，并且由于兩塊IC的特殊封裝,導致在后面的PCB制作過程中,，此部分是整個模塊中最復雜的一部分，具體介紹可見PCB設計部分,。與Flash連接的詳細電路如圖3所示,。
2.2 天線接入電路
在模塊RF前端要有天線引入電路，在此設計中使用來自Soshin公司的一款芯片DBF81F104,。線路連接時,只需把芯片的BAL引腳4和6連至BC5的K1和L1,。UNBAL引腳1連接到外接天線，DC端連接到1.5 V即可,。
2.3 晶振電路和復位電路
在此設計中選用NDK公司型號為NX3225DA的晶振,，其基振頻率為26 MHz，采用3225表面貼裝技術,。此晶振只需要通過12 pF的電容穩(wěn)定后連到BC5引腳R1和R2便可實現(xiàn),。
復位電路非常簡單，主要用到一個微型復位開關,，這里選用Diptronics公司的MPTLGP1-VT/R,開關只要連接于BC5的RST#(G13)和地之間,。
2.4 電源電路
電源電路分為外接電源和內(nèi)部電壓供應兩部分。外接電源電路部分,，如圖4所示,。
圖4中,在第一個方框內(nèi)，VBUS表示外接充電電壓,，此電壓一方面直接加到BC5的引腳A12上,，這部分可以為外接的鋰電池等可充電電池充電。線路上4.7 μF的電容C5為電路起穩(wěn)定作用,。另一方面VBUS通過一個LDO線性電壓穩(wěn)壓器U2為USB接口提供3.3 V的穩(wěn)定電壓,，見圖中第三個方框。元件U2可以選用產(chǎn)自Torex公司的XC6219A332MRN,。第二個方框內(nèi)繪制的是外接電池電路,，VBAT+和VBAT-分別接入到鋰電池的正負極。BAT_P網(wǎng)絡直接接到BC5的引腳B13上,。
電源電路的另一部分就是芯片內(nèi)部電壓供應,。這部分的電壓來源主要由芯片BC5內(nèi)部的兩個1.5 V線性穩(wěn)壓器和一個1.8 V開關穩(wěn)壓器提供。BC5內(nèi)部還有一個1.8 V的線性穩(wěn)壓器,，在此處沒有用上它,，相應的引腳給予懸空。產(chǎn)生的1.5 V和1.8 V電壓分別接入到芯片和電路各處的電壓引腳,。
3 PCB制作要點
考慮到兩個IC的封裝大小和引腳距離以及布線的情況,，模塊的電路板采用四層板設計。
從上至下,，層的用途分別劃分為：
(1) 頂層：放置元件和布信號線,；
(2) 第二層：鋪地線，布Flash連線,；
(3) 第三層：鋪電源線,；
(4) 底層：布其余信號線。
在BC5與Flash布線時,，控制線,、地址線和數(shù)據(jù)線均布在第二層?？紤]到BC5的特殊封裝,，需要在相應的焊盤上鉆盲孔把信號線引至第二層，方便成功布線,。這兩者之間的布線工作最繁瑣,，且容易出錯。整個電路板的總大小為20 mm×22 mm,。
基于BC5的優(yōu)良特性設計的藍牙通信模塊具備良好的通信功能和傳輸質(zhì)量,，可被廣泛應用于高質(zhì)量立體聲或單聲道無線耳機、車載免提裝置,、無線揚聲器,、免提網(wǎng)絡電話、模擬或USB多媒體藍牙適配器和藍牙網(wǎng)關等許多設備上,。
參考文獻
[1] 錢志鴻,，楊帆. 藍牙技術原理、開發(fā)與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社,，2006.
[2] Cambridge Silicon Radio Limited. BlueCore5-Multimedia External Product Data Sheet[Z]. 2007.
[3] SST, Inc. SST39WF1601 Product Data Sheet[Z]. 2006.