藍牙耳機及其放大電路實用設計匯總

　　隨著越來越多的手機支持藍牙功能，藍牙耳機已成為手機的必備選件。同時，隨著支持MP3播放的立體聲藍牙耳機的推出，藍牙耳機已能夠同時連接到藍牙移動電話和音樂播放器，這必將給藍牙應用帶來新的亮點。本文為大家介紹藍牙耳機及耳機放大器的方案設計。

　　藍牙耳機系統(tǒng)電路設計方案

　　引言

　 　Bluetooth（藍牙技術）是由愛立信、諾基亞、摩托羅拉、英特爾、IBM和日立等信息技術公司發(fā)起的一種短距離無線通信協(xié)議標準。由于 Bluetooth技術具有低功耗、抗干擾能力強、適用于多種通信場所以及集成電路相對簡單，因此藍牙技術作為一種替代有線電纜的無線接口技術具有廣闊的 市場前景。藍牙技術正成為移動電話、PDA、MP3player和電腦中的標準配置，藍牙技術主流應用之一是通過藍牙耳機欣賞上述產品藍牙接口發(fā)送出來的 高品質音樂和實現(xiàn)免提通話，然而技術的普及速度除了與技術本身的先進與否有關外，還與實現(xiàn)成本的高低密切相關，市場上的藍牙耳機價格少則幾百，多則上千 元，而移動電話本身價格大多也不過千元，藍牙耳機的相對高價位導致了它的市場普及速度和廣度遠低于移動電話，本文正式根據這一 XIAN，基于CSR藍牙芯片BC358239A提出了一種低成本藍牙耳機電路設計方案，對藍牙耳機的普及必將起到重要作用。

　　一．藍牙耳機架構和芯片介紹

　　圖一 藍牙耳機的結構

　　應用到藍牙耳機的芯片除了低成本、低功耗、外圍電路簡單以外，提供的軟件開發(fā)工具齊全以及芯片封裝小也很重要，下面對藍牙耳機的主要芯片作簡要介紹。

　　1．BC358239A介紹：

　 　BC358239A芯片頻率范圍2.402～2.480Ghz，發(fā)射功率可高達＋4dB，內置有8比特DAC（數模轉換器）可自動調整發(fā)射功率，無需外 部 BALUN（平衡不平衡轉換器和功放即可符合藍牙V1.2規(guī)格；0.1%BER（比特誤碼率）時典型接收靈敏度－85dB；全集成的頻率合成器，可支持 8～40Mhz外部時鐘輸入又可外接CRISTAL（晶振）；內部集成DSP（數字信號處理器）速度可達32MIPS，32bit指令字，24bit數據 存儲器，內置4K字程序存儲器，兩個8K字數據存儲器，足以支持耳機應用軟件設計需要；片上LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），支持u-law和A-law 語音代碼轉換，支持I2S又支持PCM語音接口， 深度睡眠模式功耗不超過10uA；10x10mm 的LFBGA封裝，只需較小的PCB尺寸。BC358239A內部結構見圖二。

　　圖二 BC358239A內部結構

　　此外BC358239A還有內置LDO，其輸出電壓1.8V，其最大輸出電流可達70mA，完全可滿足藍牙芯片自身需要。

　　BC358239A的藍牙的軟件架構具備相當的靈活性，藍牙應用程序可以運行于BC358239A外部，也可由內部RISC處理器處理。

　　2．WM8731介紹

　 　WM8731是WOLFSON公司推出的一款適合于語音應用的CODEC（編碼解碼器），它能為自身的MIC（麥克風）輸入提供偏置電壓，內部有兩組 ADC（模數轉換器）和DAC（數模轉換器），其抽樣頻率從8KHz到96KHz.串行控制接口可選擇為兩線制和三線制。其音頻接口可通過編程設置為 I2S或PCM接口形式。28Pin5x5x0.9mm的QFN封裝，特別適合對PCB面積有限制的應用。功耗極低，應用PCM接口通信時電流自由 20mA左右，寄存器的正確設置可使待機功耗保持在15uA以下。

　　3．充電芯片SC805和LDO RT9169-3.3

　 　SEMTECH公司的SC805是一款功能強大的CCCV（恒流恒壓）充電芯片，可編程的預充、快充和中止充電電流，使得它既可和PMU（電源管理）芯 片組合成充電管理電路，也可單獨作為鋰電池充電控制芯片。熱保護、過流保護、電池充電電壓精度可達1％使得它安全可靠；輸入電壓范圍從3V到6V，充電電 流最大可達1A，3x3mmMLP封裝，適合消費類電子使用。

　　RT9169-3.3是RICHTECH公司生產的100mA低噪聲3.3VLDO，它具有較低靜態(tài)電流（低達4uA），較高的紋波抑制比，符合藍牙耳機 WM8731和藍牙芯片內部LDO對電源的要求。

　　二．電路設計和軟件設計要點。

　 　耳機電源的開關和音量調節(jié)可利用藍牙芯片BC358239A的PIO口；從RT9169輸出的3.3V電源送到藍牙內置LDO輸入端時注意在輸入端加適 當的去偶電容，藍牙芯片的VDD_ANA（內置LDO1.8V輸出端）須加上去偶電容，以防止送到藍牙芯片的電源引入干擾導致藍牙RF頻偏過大，與此同時 藍牙外接的Cristial（晶振）精度要求至少10PPM，否則也會影響藍牙RF指標。

　　WM8731的電源輸入端HPVDD、 DCVDD、DBVDD和AVDD都可用LDORT9169的3.3V輸出，在WM8731的電源端加上適當去偶可以改善WM8731輸出的音頻品 質；WM8731時鐘可利用藍牙芯片的AIO3引腳的可編程時鐘輸出。 WM8731與BC358239A的PCM接口相連時WM8731的ADCLRC和DACLRC同時連接藍牙PCM_SYNC。

　　BCHS（BluecoreHostSoftware）是CSR為客戶提供藍牙產品設計提供的開發(fā)軟件，BCHS和藍牙的協(xié)議棧共同組成了藍牙產品的軟件解決方案。藍牙耳機的軟件架構可參考圖四

　　圖三 藍牙耳機軟件架構

　 　圖三中VMApplicationsoftware（虛擬機器應用軟件）包括TCS（電話控制協(xié)議），它定義了藍牙耳機建立語音和數據呼叫的控制信令， 定義了處理藍牙TCS設備群的移動管理進程；應用程序功能包括通過I2C總線寫WM8731寄存器控制耳機音量，電池低電壓報警等功能。

　　結論：

　　藍牙耳機的低成本解決方案總是與藍牙和語音解碼芯片的價格降低相伴而生，隨著藍牙接口在移動電話、PDA、MP3player和電腦中的迅速普及，藍牙耳機取代有線耳機已成為技術發(fā)展的必然趨勢。

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　　高清語音技術在手機和藍牙耳機中的應用

　　高清語音也被稱為寬帶語音，是一種能為蜂窩網絡、移動電話和無線耳機傳輸高清、自然語音質量的音頻技術。與傳統(tǒng)的窄帶電話相比，高清語音很大程度上提高了語音質量，減少了聽覺負擔。

　 　通信產業(yè)鏈上的所有網絡和設備都需支持高清語音才能體現(xiàn)出該技術的優(yōu)點。到2011年6月為止，18個國家運營的20種蜂窩網絡，以及33家領先的手機 品牌都已支持高清語音。通過部署自適應多速率寬帶（AMR-WB）語音編碼，GSM， WCDMA（UMTS）和LTE蜂窩網絡中已經引入了高清語音。此外， 通過使用改良的子帶編碼（mSBC）語音編解碼技術，無線藍牙耳機也開始支持高清語音，將免提通話與高語音質量結合在了一起。

　　高清語音的優(yōu)點同樣可以在現(xiàn)有網絡中體現(xiàn)出來。隨著窄帶網絡和設備向高清語音過渡，一種名為帶寬擴展（BWE）的語音處理技術可以用來在接收終端設備上模擬類似于高清語音的通話質量，為不支持高清語音的設備提供了一個折中的解決方案。

　　從窄帶到高清語音

　 　傳統(tǒng)電話系統(tǒng)的帶寬被限制在大約300Hz到3.4kHz的音頻頻率范圍內（圖表1），這一范圍通常被稱為窄帶語音。盡管現(xiàn)在的電話系統(tǒng)是數字式的，但 其還是傳承了與傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)相同的帶寬。從語音質量的角度來看，窄帶語音缺乏自然語音保真度，常常被形容為單薄和模糊不清。盡管如此，窄帶頻率范圍內完整 語句的語音辨別度大概是99%。

　　圖1：窄帶和寬帶語音的帶寬特點

　 　高清語音在采樣頻率為16kHz時音頻帶寬大約為50Hz至7kHz，因此與窄帶語音相比具有更清晰的語音信號。雖然寬帶語音并沒有顯著提高語音清晰 度，但是窄帶范圍之外的3.4kHz至7kHz提高了單詞中的摩擦音（例如f、s和th） 的識別度。寬帶語音能夠提供更加自然真實的語音，在主觀音頻質量方面比窄帶語音有了顯著的提高。高清語音擴展出的50Hz至300Hz的低頻降低了窄帶語 音尖細的特點，而擴展出的高頻則提高了發(fā)音清晰度。

　　在主觀語音質量聽力測試中，寬帶語音在平均意見得分（MOS）中得到4.5分，而窄 帶語音則為3.2分（1分為質量差，5分為優(yōu)秀）。寬帶語音質量的提高減少了聽力負擔和聽者的疲勞，特別是當聽者處于嘈雜的環(huán)境下。移動網絡運營商 Orange在其網站上提供了一個音頻樣本作為高清語音優(yōu)點的例證。2010 年6月Orange公司所做的另一項調查進一步向終端用戶證明了高清語音的價值：

　　* 96%的客戶對高清語音通話表示滿意；

　　* 86%的測試者表示，兼容高清語音將是他們未來購買手機時的一個選擇標準；

　　* 76%的測試者愿意更換手機以獲得高清語音功能。

　　此外，2006年愛立信和T-Mobile進行的用戶試用調查也證實了高清語音的優(yōu)點。在150個抽樣用戶中，超過70%的人認為使用了高清語音手機后通話質量更好，在嘈雜的環(huán)境中對話質量有所提高。

　 　使用高清語音需要語音通信系統(tǒng)中的所有環(huán)節(jié)都支持寬帶語音頻率范圍。采用高清語音技術的關鍵是在蜂窩網絡和手持電話中協(xié)同部署AMR-WB編解碼。做為 一種寬帶語音編碼，AMR-WB的有效音頻帶寬是窄帶編碼AMR-NB的兩倍。要完成一個高清語音通話，基站和手持電話之間協(xié)同傳輸以AMR-WB編碼的 語音，在這一過程中沒有進行語音修改或從終端到終端的轉換編碼。如果高清語音連接無法實現(xiàn)，系統(tǒng)就會取而代之使用窄帶AMR-NB編碼。

　　擴展語音帶寬

　 　可以預計，在引入高清語音的過程中，通信系統(tǒng)中的某些環(huán)節(jié)會因無法支持而將語音轉換為窄帶頻率，這實際上是在降低語音質量，增加聽力負擔。人工帶寬擴展 （BWE）通過在通信系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)為窄帶語音信號加入人工生成的語音內容，彌補在傳輸過程中損失的高頻和低頻語音內容。通過這種方法，BWE將高清語音 的優(yōu)勢拓展到了窄帶和過渡的混合帶寬的語音通信系統(tǒng)中。

　　BWE算法使用產生語音的聲源過濾模型來估算和產生擴展頻率范圍內的語音內容。 根據該模型，語音是由一個聲源（例如聲帶）再加上一個模擬聲道的模型產生的。BWE算法根據窄帶語音估算出一個寬帶聲源模型，然后利用該模型的參數估算出 其丟失的寬帶頻率內容。在實際應用中，BWE獨立于源編碼和發(fā)送路徑處理過程的，因此它可以與傳統(tǒng)的窄帶和混合帶寬的電話網絡共存。

　　BWE主要應用于藍牙耳機和免提設備。在這些設備的接收終端上，窄帶CVSD編碼語音信號首先進行解碼，然后經過BWE的處理產生給受話方的擴展帶寬語音信號。BWE也可以應用在高清語音電話網絡上，將語音信號擴展到帶寬為14kHz的超寬帶（SWB）頻率范圍。

　　高清語音和音效增強

　 　將高清語音和音效增強處理方法（如噪聲抑制（NS），回聲消除（AEC） ）結合在一起可以改善在噪聲環(huán)境下的語音清晰度，并可以提高整體通話質量。噪聲抑制技術能夠分析摻雜了噪音的對話，并清除噪音，增加語音辨別度。噪聲抑制 算法通過大量頻點估算出噪聲功率譜密度，然后將噪聲從對話出抽取出來。與窄帶的處理相比，寬帶噪聲抑制在計算噪聲頻譜時包含了更多的頻點數據來壓縮擴展頻 率范圍內的噪聲。除噪聲抑制外，回聲消除處理方法能消除發(fā)話者和麥克風之間的聲音耦合所產生的回音信號?；芈曄墓ぷ髟硎菑柠溈孙L接收到的信號中分離 出一個經過過濾和延遲的副本?；芈曄夹g能夠計算出寬帶語音中的自適應過濾系數。

　　高集成度藍牙耳機電源管理方案

　　隨著越來越多的手機支持藍牙功能，藍牙耳機已成為手機的必備選件。同時，隨著支持MP3播放的立體聲藍牙耳機的推出，藍牙耳機已能夠同時連接到藍牙移動電話和音樂播放器，這必將給藍牙應用帶來新的亮點。

　 　藍牙耳機的核心是射頻和基帶處理兩部分，為適應功能的集成和設計的小型化，CSR、Broadcom等公司已將射頻和基帶處理功能集成在一起，如CSR BlueCore4高集成的藍牙芯片，封裝最小為6×6mm。整個耳機的電源管理設計要求外圍組件少，集成度高，同時滿足藍牙芯片對負載響應和噪聲抑制的 要求。

　　藍牙耳機多采用鋰電池供電，其電壓范圍為2.7V至4.2V。電池容量為90mAH至170mAH。為滿足更長時間通話及音樂播 放的需要，電池容量有逐漸增加的趨勢。另外，基于ARM或DSP內核的藍牙芯片需要兩組電源（如1.8V和2.7V）分別對內核和I/O供電。同時，麥克 風也需要一個 “干凈”的偏置電壓。

　　基于上述系統(tǒng)電源的需求，Microchip推出了高度集成的、小尺寸的電源管理方案，包括 TC1303和MCP73855。其中，TC1303為高集成的電源轉換芯片，MCP73855為高集成的線性鋰電池充電芯片。TC1303在3×3mm 10引腳DFN封裝中集成了一個500mA同步降壓轉換器和一個300mA低壓差LDO，并具有電壓正常指示引腳（Power-Good）。其標準固定電 壓輸出組合，如1.8V/2.7V，恰好滿足BlueCore2對電源的要求。圖1為TC1303在藍牙耳機上的應用電路。

　　圖1：TC1303在藍牙耳機上的應用電路。

　 　圖中500mA的同步DC/DC轉換器集成了P溝道和N溝道MOSFET，采用2MHz的開關頻率，轉換效率達到92%以上。高開關頻率和 PWM/PFM自動切換技術可使工程師選擇低至2.2μH的表貼電感和陶瓷電容，即可滿足濾波和藍牙芯片對紋波的要求。TC1303內集成的LDO可提供 300mA的輸出電流，且只有137mV電壓差。為了進一步減小DC/DC開關噪聲對電路設計的影響，在芯片設計時將LDO的電源地引腳和DC/DC電源 地引腳分開，保證了LDO輸出可以給I/O部分和麥克風提供“干凈”的電壓。

　　圖2：MCP73855在藍牙耳機設計中的應用電路。

　　TC1303提供的電壓正常指示引腳可以連接到藍牙芯片的I/O，以監(jiān)視供電電壓的狀態(tài)。電壓正常指示引腳可以檢測DC/DC輸出電壓（TC1303A）或LDO輸出電壓（TC1303B），甚至可分別檢測這兩路輸出，實現(xiàn)順序上電，滿足不同藍牙芯片對供電的要求。

　 　MCP73855可提供鋰電池充電管理功能，片內集成的MOSFET、電流檢測電阻和反向阻斷二極管可提供最大400mA的充電電流，并可通過外接電阻 或直接由I/O輸出設置所需的充電電流。MCP73855可自動完成鋰電池的預充、恒流、恒壓充電控制，并把充電狀態(tài)輸出到LED或藍牙芯片。配合適當的 外圍電路，充電狀態(tài)指示引腳可以驅動雙色LED，實現(xiàn)充電過程及充電結束的分別顯示。圖2為MCP73855在藍牙耳機設計中的應用電路。

　 　TC1303和MCP73855的小尺寸封裝（3×3mm）以及簡單的外圍電路，構成了一個低成本、高性能、高度集成的藍牙耳機電源管理方案，這個方案 也可適用于最新播放MP3的立體聲藍牙耳機設計。工程師利用它和藍牙芯片，可以設計更加舒適、時尚、易用，同時重量輕巧的藍牙立體聲耳機，使用戶能夠在移 動時欣賞音樂，又永遠不會漏接電話。

　　藍牙無線耳機設計及VxWorks移植方法

　 　藍牙耳機是一種無線語音傳輸技術，是基于耳機在無線技術方面的延伸。它是相配于藍牙技術而進入多媒體個人區(qū)域網絡的。隨著藍牙技術的日趨完善和藍牙產品 市場占有率逐漸提升，藍牙耳機在技術上也將不斷得到改進，使之成為個人多媒體區(qū)域網絡的主要配套產品。藍牙耳機的應用范圍除了手機以外，PDA、無繩電話 應用、汽車免提工具、電話終端等，也是藍牙耳機發(fā)揮技術優(yōu)勢的應用領域。本文設計的藍牙耳機支持藍牙規(guī)范1．2版本，傳輸距離達10 m，傳輸速率達723．2 kb/s，并且具有低功耗和（幾乎）無輻射等技術優(yōu)點和優(yōu)勢。

　　1 藍牙技術

　 　藍牙作為一種低成本、短距離的無線連接技術標準，是由 Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba五家公司共同倡導的一種全球無線技術標準，是一種無線數據與語音通信的開放性全球規(guī) 范。它以低成本的短距離無線連接為基礎，為固定設備與移動設備通信環(huán)境建立一個特別連接。其實質是建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準，實現(xiàn)設 備問的電纜替代。

　　藍牙技術規(guī)范包括協(xié)議和應用規(guī)范兩個部分。協(xié)議定義了各功能元素各自的工作方式，整個藍牙協(xié)議體系結構分為4層，即核 心協(xié)議層、線纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其他協(xié)議層；應用規(guī)范則闡述了為了實現(xiàn)一個特定的應用模型，各層協(xié)議間的運轉協(xié)同機制。較典型的應用規(guī) 范有撥號網絡、耳機 （headset）、局域網訪問和文件傳輸等。藍牙耳機的協(xié)議棧原理如圖1所示。

　　2 硬件設計

　 　硬件電路信號處理與控制部分采用Zeevo公司的基于ARM7的音頻處理器ZV4301。ZV4301處理器是在一個單芯片收發(fā)器上加入一個集成 RF、數字信號處理、通信處理和運算及控制處理功能的48 MHz APM7微處理器，片外擴展閃存，以實現(xiàn)需要技術和高度最佳化的音頻處理。

　 　編解碼芯片采用飛利浦公司的UDAl380音頻芯片。UDAl380是一顆專為便攜式產品所設計的單芯片立體聲音頻編解碼器，可以提供立即可用的先進音 頻功能。這顆音頻編解碼器具有24位數據路徑、多重時鐘支持、DC偏移消除、支持多重數據格式以及數字靜音檢測等集成功能。本設計中，UDAl380利用 與微控器接口作音控處理．并利用L3接口來控制音量。

　　3 I2S總線

　　本設計在硬件電路上使用基于I2S總線的音頻系統(tǒng)體系結構。I2S（Inter-IC Sound bus）是飛利浦公司提出的串行數字音頻總線協(xié)議。

　　I2S總線只處理聲音數據，其他信號（如控制信號）必須單獨傳輸。為了使芯片的引腳盡可能少，I2S只使用了三根串行總線。這三根線分別是：提供分時復用功能的數據線（SD）、字段選擇線（聲道選擇WS）、時鐘信號線（SCK）。

　　此設計中采用電源統(tǒng)一供電，ZV4301作為主設備，UDAl380作為從設備。ZV4301使用3個通用I/O口來模擬I2S總線。其讀寫I2S總線的數據主要包括以下幾個函數；

　　word_selection（）； //字選擇函數

　　serial_clock（）； //時鐘信號函數

　　serial_data（）； // 串行數據函數

　　shift_register（）； //寄存器移位函數

　　4 軟件設計

　　VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)。良好的持續(xù)發(fā)展能力、支持多種硬件環(huán)境、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，使之成為所有獨立于處理器實時系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)。

　 　在該設計中，軟件協(xié)議全部下載到藍牙設備內核處理器的外置閃存中，操作通過人機接口控制?；赩xWorks的軟件編寫工作主要包括：BSP包的改動、 程序的編寫和操作系統(tǒng)的裁減。由于VxWorks的高度靈活性，可以很容易地對這一操作系統(tǒng)進行定制或作適當開發(fā)，來滿足系統(tǒng)的實際應用需要。BSP 包的改動指根據目標硬件實際配置修改系統(tǒng)的配置參數宏（MAC-RO），主要修改config．h、makefile．h、bspname．h文件。

　　程序編寫函數主要包括以下7個。

　　（1）系統(tǒng)引導函數

　　VxWorks操作系統(tǒng)在一些板級系統(tǒng)初始化后自動執(zhí)行tUsrRoot（）函數，以完成初始化。

　　tUsrRoot（）

　　…… //必要初始化程序

　　vInitializeLmp（）； //LMP初始化完成

　　vInitializeL2cap（）； //L2CAP初始化完成

　　vInitializeSdp（）； //SDP初始化完成

　　vInitializeRf（）； //RFCOMM初始化完成

　　vInitializeHA（）； //HeadsetApplication初始化完成

　　exit（）； //退出

　?。?）系統(tǒng)初始化函數（以L2CAP為例）

　　typedet

　　{MSG_IDSdpToL2cap；

　　MSG_ID L2capToSdp；

　　MSG_ID RfToL2cap；

　　MSG_ID L2capToRf；

　　MSG_lD HAToSdp；

　　MSG_ID SdpToHA；

　　MSG_ID HAToRf；

　　MSG_ID RfToHA；

　　}MSG_QUEUE_ID//定義消息隊列1D結構體類型

　　MSG_QUEUE_ID MsgQueueld； //定義全局消息隊列ID結構體，用于存放每個消息隊列的ID

　　vInitlalizeL2caD（）；//L2CAP初始化，包括初始化全局變量、創(chuàng)建定時器、創(chuàng)建消息

　　//隊列、創(chuàng)建并啟動任務

　　（3）LMP軟件設計

　　基帶程序運行在藍牙芯片的信號處理單元中，而LMP程序運行在藍牙芯片的微處理器中，它們通過郵箱來交換信息。只要任何一方向郵箱發(fā)送了信息，郵箱就會產生中斷信號，另外一方可以在中斷服務程序中進行信息讀取和處理。其處理函數為；

　　vLmpDealFromBB（）

　　//處理來自BaseBand層的消息以建立連接，對來自BaseBand層

　　//的操作碼

　　決定接受與否，并進行鑒權、加密、處理或斷開等操作

　　（4）L2CAP軟件的設計

　　tL2capDealMsgFromSdp（）

　　//處理來自SDP層的消息SdpToL2eap，生成L2CAP數據包，把數據傳BaseBand層

　　tL2capDealMsgFromRf（）

　　//處理來自RFCOMM層的消息RfToL2cap，生成L2CAP數據包，把數據傳BaseBand層

　　vL2capDealMsgFromBB（）

　　//處理來自BaseBand層的消息，在處理器郵箱中斷程序被調用

　?。?）SDP軟件的設計

　　tSdpDealMsgFromL2cap（）

　　//處理來自L2CAP的消息L2capToSdp，并上報搜索到的服務的屬性

　　tSdpDealMsgFromHA（）

　　//處理來自HeadsetApplieation的消息HAToSdp，對上報信息進行應答

　?。?）RFOOMM軟件的設計

　　tRfDealMsgFromHA（）

　　//處理來自HeadsetApplication的消息HAToRf，生成RFCOMM數據包，傳送給L2CAP

　　tRfDealMsgFromL2cap（）

　　//處理來自L2CAP的消息L2capToRf，對不同的幀進行處理

　?。?）HeadsetApplication軟件的設計

　　tHADealMsgFronaSdp（）

　　//處理來自SDP的消息SdpToHA，判斷是否正常并處理

　　tHADeaIMsgFromRf（）

　　//處理來自RFCMM的消息RfToHA，對AT命令及其應答作出處理

　　5 語音傳輸建立過程

　　藍牙耳機系統(tǒng)工作時總是藍牙語音網關（AG）和藍牙耳機（HS）成對出現(xiàn)的。其通信所用到的協(xié)議棧及實體如圖4所示。

　　藍牙設備連結的建立遵循底層到高層的原則，即搜索藍牙設備、建立鏈路、服務搜索、建立信道、建立連接和數據傳輸。

　　以下是音頻連接建立的全過程。（以AG主動發(fā)起連接請求為例。）

　　①AG首先發(fā)起查詢，通過查詢AG獲得HS的藍牙地址。

　　②AG在應用層的驅動下向查詢到的HS發(fā)起一個page進程。當接收到HS返回的應答信號時，AG與HS之間的ACL鏈接已經成功建立。

　?、垡坏〢CL鏈接建立，即可以被用來傳送振鈴信號。振鈴信號的發(fā)送是通過AT命令RING來完成的。

　 ?、蹵CL鏈接好后，接著建立L2CAP鏈路。AG首先在信令信道上發(fā)送一個鏈接請求信令L2CAP_req，要求建立信道標號為0x0040的 L2CAP。當HS返回鏈接響應信號時，表明0x0040信道已經建立好。然后對此信道進行配置，配置完信道后，就可以利用此CID（信道標識符）為 0x0040的L2CAP信道進行SDP查詢。

　　⑤AG在L2CAP信道上發(fā)送一個SDP查詢包。SDP查詢包將查詢SDP服務器端HS 是否具有所需要的服務。若查詢成功，在ACL鏈路上，AG再建立一條標號為0x0041的l.2CAP鏈路，用來傳輸RFCOMM數據；同時，斷開用作 SDP查詢的標號為0x0040的L2CAP鏈路。

　?、蕻擟ID為0x004l的L2CAP信道建立好之后，首先建立控制信道 DICIO，AG在信道上發(fā)送一個SABM幀，即要求建立RFCOMM層上的 Channel O。如果響應方HS希望建立鏈接，返回一個VA幀，表明已經建立好了Channel 0這條RFCOMM信道。此信道為控制信道，用來傳送攜帶控制信息和命令的UIM幀。如果響應方HS不希望建立鏈接，返回一個DM幀。其次建立數據信道， 先是對數據傳送信道的參數進行協(xié)商，協(xié)商命令PN參數包括對將要建立的信道Channel 1的優(yōu)先級，最大幀長等，當雙方協(xié)商好后建立傳輸數據的信道Channell。

　?、咄ㄟ^RFooMM信道傳輸HS控制層的AT命令，即在RFCOMM數據傳送信道Channe1上利用UIH幀傳送AT+CKPD命令。當接收到對方的響應后，就可以開始建立SCO鏈接。

　　⑧HCI（主機控制接口）發(fā)一個WRITE_VOICE_SETTING命令，對音頻狀態(tài)進行一些設置。當接收到AG的建立SC0鏈接

　　的請求時，若HS允許，發(fā)送一個接收的HCI命令，在命令完成之后，傳輸音頻信號的SC0鏈路就建立好了，此時就可以進行語音通信。

　　結語

　 　本文給出了藍牙及藍牙耳機系統(tǒng)的基本概念及其在軟硬件方面的具體實現(xiàn)。藍牙耳機使用戶擺脫線纜的束縛，能夠在較大的自由空間內通話。由于采用專用的聲音 編解碼芯片和標準音頻取樣率44．1 kHz，并經過先進的信號處理技術，能夠使聲音效果接近CD音質，這樣也使藍牙耳機真正取代有線耳機成為可能。

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　　耳機放大電路

　　雙三極管ECC822電子管組成的OTL耳機放大器電路

　　本文用雙三極管ECC82（相當于E802C、E82CC、與北美12AU7、國產6N10型）作為放大器。此類管子有指標優(yōu)良和使用壽命長的特點。

　 　如圖所示電路，用雙三極管ECC82（相當于E802C、E82CC、與北美12AU7、國產6N10型）作為放大器。此類管子l有指標優(yōu)良和使用壽命 長的特點。前置放大器要產生足夠的信號幅度去驅動耳機。管腳1、2、3、的三極管部分放大信號。輸入信號通過50kΩ音量控制對數式電位器P1（P1不在 圖 I中表示）到達電路板，再經過C1、R1直接輸給前置放大級，而R1、C1l提供必需負柵偏壓。增益實質上由R8決定。而最大輸入電壓由R2決定。R9是 這樣確定．即把靜態(tài)陽極電流選在特性曲線最大可能的線性部分。在陽極上被倒相和放大的輸入信號通過C2耦合到第二級柵極。第二級陰極電阻被分成R5和R6 兩部分。R5和R6串聯(lián)形成負載電阻。其分壓作用為柵偏壓選擇一個正確值。柵偏壓加到柵極之前經R4和C3退耦和穩(wěn)定。由柵偏壓和相應特性曲線決定的陽極 電流在R5和R6上形成壓降，嚴格地與電流成比例關系。此電壓接著經過耦合電容C4饋給耳機。為避免耳機插入時產生喀啦噪聲，接入R7保持輸出在DC信號 地電位。上述僅介紹L（左）聲道電路工作原理。右聲道與此相同。

　　分立元件耳機放大電路以及差分功放仿真電路

　　分立元件耳機放大電路

　　電路圖OPA2134和三極管等元件組成。

　　差分功放仿真電路

　　三極管耳機兼線路放大器

　　本文介紹用3只電子管組裝的低阻抗線路放大器兼32Ω耳機放大器，它采用差動推挽放大和變壓器輸出，電路簡單容易制作，又可一機二用，值得有興趣的耳機愛好者仿制。

　 　高保真立體聲耳機的電聲性能越來越好。它的聲音不受房間聲學條件的影響，也不會影響旁人的工作或休息，更有利于聆聽者全神貫注地領略音樂的旋律、節(jié)奏和 感人的氣氛。再加上耳機聽音系統(tǒng)的成本低、音質好，日益受到發(fā)燒友的青睞。不過，利用一般功放的耳機插口聆聽音樂的效果還不夠理想，比較好的辦法是為耳機 專門定制一臺耳機放大器，現(xiàn)在已成為用耳機欣賞音樂的共識。

　　本文介紹用3只電子管組裝的低阻抗線路放大器兼32Ω耳機放大器，它采用差動推挽放大和變壓器輸出，電路簡單容易制作，又可一機二用，值得有興趣的耳機愛好者仿制。

　　一.電路和原理

　 　圖1為本機電原理圖（只畫出左聲道，電源則為左右聲道共用）。整機放大部分只用3只MT電子管。一只12AT7/ECC81雙三極管作左、右聲道的輸入 級，一只12Au7/ECC82雙三極管作一個聲道的差動推挽輸出級。由于這個電路本身具有倒相作用，因而可省去一級倒相電路，簡化了電路結構。

　　輸入端設有兩組輸入端子A、B，可用開關切換。為了改善整機特性，輸入級加有來自輸出級的負反饋。反饋量取lOdB比較適中。該管也可選用12AU7，不過增益略低，本電路選用12AT7，以保證增益和必要的負反饋量。

　 　輸出級采用12AU7作推挽放大，如前所述它兼有倒相作用，故它無需輸入反相信號而只有一個信號輸入端。這個電路初看起來不太容易理解，其實它就是我們 熟悉的差分放大器。在晶體管電路中，差分放大器是司空見慣的，在電子管電路中差分放大器的使用相對比較少見。下面稍微說明一下。

　 　這個電路結構與晶體管差分放大器完全相同。它有兩個信號輸入端子，兩個信號輸出端子，陰極共用一個電阻。屏極采用電阻作負載。差放的運用相當靈活。它可 以在兩個輸入端子上都加信號，也可以只在一個輸入端子上加信號。而輸出信號可從兩個輸出端子上得到，也可從一個輸出端子上獲得。

　　下面為常見的3種工作方式。

　?。?）當兩個輸入端加上同相位、同幅度的信號時。在兩個輸出端子上得到同相位、同幅度的輸出信號。如作推挽輸出時，則兩者信號相互抵消，這對抑止輸入噪聲的輸出十分有利。

　?。?）當兩個輸入端加上反相的同幅度信號時，輸出端則得到兩個幅度相同的反相輸出信號。

　　（3）當僅在一個輸入端加上信號時，兩個輸出端上將獲得幅度相同、相位相反的輸出信號。

　　本機輸出級采用單端輸入信號（另一輸入端接地）、雙端輸出信號的工作方式（屏極用一輸出變壓器代替兩個負載電阻）。它既有（3）點的倒相作用，又有（1）點的抑噪作用，電路又簡單。

　 　為了提高差分放大電路的對稱性及其特性，圖1輸出級兩只三極管陰極采用了恒流源電路，為此使用了一塊LM317穩(wěn)壓IC.作為耳機放大器，額定輸出功率 有100mW已經足夠，本機采用12AU7作差分推挽放大，屏極電壓取180V，屏極電流約7.5mA，柵偏壓約一6V，采用輸出變壓器的初級阻抗為。 10kΩ時的A類最大輸出功率約150roW.此時屏極功耗為180V×7.5mA=1.35W，不到12Au7最大屏極損耗的一半，是相當安全的。

　 　最后要說明，本機作耳機放大器使用時，供阻抗為32Ω的耳機配合16Ω端子使用，此時輸出級的實際負載阻抗為20kQ.當作線路放大器使用時，同樣使用 16 Q端子。不過為了避免因配接的后級功放輸入阻抗不同而造成本機輸出級的負載阻抗大幅度變動，16 Ω端子應并聯(lián)一只33 n（2W）電阻到地。另外，本機的增益約3.2倍，作為線路放大器且與CD機直駁使用時，本機顯得增益過大，此時最好在輸出端接入圖3所示的衰減網絡。選 擇適當的衰減量；使系統(tǒng)正常聆聽時本機的音量電位器的轉角行程為一半左右，這樣可使本機工作在最佳狀態(tài)下。至于作為耳機放大器，線路放大器以及配接衰減網 絡之間如何實現(xiàn)相應的轉換（用適當的轉換開關等），請制作者根據自己的實際需要自行設計，這里不再贅述。

　　二.元件和制作

　 　本機大部分元件都很一般，圖1中已注明了要求，未注明要求的電阻均選用1/2 w的。穩(wěn)流源所用的電阻（50 Q、82 Q）和燈絲穩(wěn)壓IC所用的電阻（240t2、100t2、2k Ω）宜用1％誤差的電阻。高頻相位補償網絡（200pF‘、30kΩ）中的電容可選用一般的云母電容器。

　　輸出變壓器采用日本平田電機制作所的FE—10一lO，其外形尺寸和接線端子如圖4所示。主要特性如下：（1）輸出功率：10W（50Hz）

　?。?）頻率響應：20Hz～50kHz（一ldB，輸入4v，2rn=ZP）

　?。?）一次側電感：l 0 0 H（1mW），最大50H（50Hz）

　?。?）一次側容許DC電流：雙管90mA（不平衡電流4mA）

　?。?）功率損耗：0.41dB（16 Ω）

　 ?。?）一次側DC電阻：410Ω輸出級陰極恒流源采用可調三端穩(wěn)壓IC接成恒流電路，采用LM31 7T可安裝在小型散熱片上，并注意與底盤之間的絕緣要可靠。為使穩(wěn)壓Ic作為恒流器件使用，只需在L=M317T輸出端接一電阻即可達到規(guī)定的恒流值。該 電阻可用1.25（v）/I（A）來求得。本機輸出級每管電流為7.5mA，兩管為15mA即O.015A，故R=1.25V/O.015A=83 Q，圖l中選用82 Ω。LM317T正常工作時要求其輸入至輸出端之間的壓降大于3V.本機輸出級陰極對地電壓約6v，其輸出端子對地電壓為1.2 5V，輸入端子電壓則可在4.25V以上，能滿足正常工作要求。在LM 3l 7T輸入端子和12AU7陰極之間的50Ω電阻是用來檢測陰極電流所設。燈絲供電采用LM3 50T穩(wěn)壓（也可采用LM317T），安裝時應加小型散熱片。安裝時無論LM 3l 7還是LM350其3個端子切勿搞錯。

　　圖5為本機面板、底盤上下主要元件布置示意圖。電源和輸出變壓器均安裝于底盤上面，其中輸出變壓器臥式安裝。所有大電解電容器均臥式安裝在底盤下面。電子管及上述電解電容附近都設置了支架，以便直接搭接相關元件。

　　信號輸入端引線采用雙芯屏蔽線。圖6為雙芯屏蔽線的使用圖示。雙芯屏蔽線中的兩根芯線分別為信號線的“熱端”和“冷端”，屏蔽層則接地。也就是說在屏蔽層中沒有流過信號，因而信號不易受到其他雜散電流的干擾。

　　三.調蔓和性能

　　配線完成且檢查無誤之后可通電試驗。首先斷開電源二次側高壓接線，然后在不插入電子管的情況下接通電源，檢查各管燈絲電壓是否正常。該電壓約為12.3V.如偏差過大，可微調LM350調整端對地的電阻值（100Ω）。

　 　燈絲電壓正常后，可斷開電源并恢復電源高壓接線。然后插好各電子管再次接通電源，聽和看整機有無異常聲響或其他情況。如無異常情況，可用萬用表測試各管 陰極電壓。通常，只要陰極電壓正常，管子的工作狀態(tài)就多半沒有什么問題。 輸出級的有效屏極電壓約180V，陰極電壓約一5.6V.屏極電流可測量陰極50Ω電阻上的壓降得知。實測為1 5.6mA，每管電流為7.8mA.三端穩(wěn)壓IC上有3V壓降就能進行正常的穩(wěn)流工作。

　　現(xiàn)在來看一下本機的各項實測性能。

　　四.輸入/輸出特性

　 　本機增益為3.2倍，削波前的輸出電壓為2.6V，因此在33Ω耳機上輸出功率可達205mw，是設計值的1.3倍以上。這對耳放來說功率已十分充裕。 圖7為本機輸入/輸出特性，隨著輸入信號增加，在削波之前出現(xiàn)“圓頂”失真，能看到真正削波時的輸出功率實際上達到270mW。

　　（2）頻響特性

　 　圖8為本機頻響特性。作為耳機放大器，測試時功率取30mW.由圖可見lOHz時為一0.3dB，100kHz時為一1.3dB，無疑是一款寬頻帶耳 放。圖中還給出了10mV時的特性，這是推挽輸出變壓器在小輸出下工作時初級電感有所降低所引起的。不過低頻的下降也僅0.8dB，仍是相當優(yōu)秀。

　?。?）失真特性圖9為本機的失真特性。10mw輸出時100Hz的失真為O.15％，1kHz失真為0.1％，10kHz為O.12％，應該說還算不錯。

　 　其他特性方面，也都不錯。阻尼系數在33 n負載下，20Hz～20kHz全頻段范圍內達到8.3.這對獲得良好的低音重放是很重要的。左右聲道的分離度lkHz時達到一70dB.高頻20kHz 一般不超過一60dB，完全沒有什么問題。用耳機欣賞音樂時，殘留噪聲也是一項重要指標。本機低達0.03～0.0 41“12V，這對于靈敏度為lOOdB/mW的耳機，即使音量置于最大位置，也完全聽不到任何噪聲。本機方波響應也很好，接上0.1 u F純電容負載也不必擔心電路會產生振蕩。

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