藍(lán)牙MP3芯片技術(shù)及不同解決方案介紹

前言

MP3 播放器市場在經(jīng)過幾年高速的增長之后，尤其是在低價(jià)MP3 播放器大量涌入市場的情況下，MP3 播放器產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都面對著巨大的壓力。如何尋找新的亮點(diǎn)，增加新的價(jià)值來給這個(gè)疲于奔命的市場帶來新的生機(jī)，成為產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)廠家研究的重要課題。隨著手機(jī)、PC 市場上的藍(lán)牙的快速發(fā)展，在MP3 播放器中嵌入藍(lán)牙技術(shù)也開始成為熱點(diǎn)和一大趨勢。

在MP3 播放器上植入藍(lán)牙技術(shù)正是在這一背景下產(chǎn)生的。而現(xiàn)階段，在MP3 播放器上植入藍(lán)牙技術(shù)也是一個(gè)非常好的市場契機(jī)。其一是：隨著PC、手機(jī)上的藍(lán)牙的廣泛應(yīng)用，消費(fèi)者對藍(lán)牙技術(shù)的認(rèn)知和使用已經(jīng)得到廣泛的教育，市場培育的工作已經(jīng)完成。其二是：PC 和手機(jī)上的藍(lán)牙的廣泛推廣，推動了整個(gè)藍(lán)牙市場向前發(fā)展，從而使藍(lán)牙技術(shù)日臻成熟，并且在價(jià)格上也開始大幅的下降。其三是：有了PC 和手機(jī)等產(chǎn)品的藍(lán)牙的發(fā)展，使藍(lán)牙的應(yīng)用場景得到了極大的豐富，人們可以隨時(shí)隨地使用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而MP3 播放器這樣的產(chǎn)品除了在MP3 音樂播放的功能這外還具備大量數(shù)據(jù)攜帶的能力。藍(lán)牙技術(shù)除了能提供用戶無線享受音樂的同時(shí)，還給了用戶交換數(shù)據(jù)的便利，所以必將引起MP3 播放器市場的新一輪浪潮。

一、藍(lán)牙MP3芯片

眾所周知，藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離的無線通信技術(shù)，但是除了提供無線連接之外，它還提供基于該無線連接的眾多應(yīng)用。目前已經(jīng)有的應(yīng)用已經(jīng)超過25 個(gè)，如常見的有：單聲道耳機(jī)服務(wù)、立體聲音樂傳輸、文件傳輸、目標(biāo)推送和拔號等等。不同的應(yīng)用有不同的應(yīng)用場景，不同的應(yīng)用場景決定不同的產(chǎn)品形態(tài)。

如何將MP3 播放器和藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行完美的整合是各大廠家思考的問題。目前主要有兩個(gè)方向：第一個(gè)方向是MP3 芯片提供廠家在芯片級進(jìn)行整合；第二個(gè)方向是在應(yīng)用級進(jìn)行整合。這一級整合主要MP3 播放器的設(shè)計(jì)公司或OEM 廠商自行完成。這兩種整合的方向各有優(yōu)缺點(diǎn)，在此不一一贅述。

在這個(gè)整合的過程中，藍(lán)牙作為一個(gè)連接和應(yīng)用皆備的無線技術(shù)，具備更難的技術(shù)特性，所以本文就藍(lán)牙技術(shù)在整合進(jìn)MP3 播放器作一些技術(shù)上的分析。同時(shí)為了便于分析，更有針對性，本文以CSR 藍(lán)牙芯片及技術(shù)作為分析樣本。

CSR BlueCoreTM 芯片主要分為三個(gè)部分，微控制器部分，MMU 部分， RF 部分。微控制器部分如圖一所示：

圖一：CSR CSR BlueCoreTM 芯片微控制器部分框圖

微控制器除了一些外圍的控制邏輯之外，主要負(fù)責(zé)藍(lán)牙協(xié)議棧的處理和和芯片本身的控制。至于藍(lán)牙的協(xié)議棧的處理，依據(jù)不同的情況而有所不同。這些不同主要取決于對芯片功能的定義。MMU 部分的框圖：

圖二：CSR CSR BlueCoreTM 芯片MMU 部分框圖

MMU 主要負(fù)責(zé)存儲相關(guān)活動。第三個(gè)就是RF 部分，這也是本文的重點(diǎn)。下圖為RF部分的方框：

圖三：CSR CSR BlueCoreTM 芯片RF 部分框圖

該RF 部分由發(fā)射、接收和RF 合成器三部分組成。藍(lán)牙技術(shù)采用時(shí)分雙工傳輸方案，使用一個(gè)天線利用不同的時(shí)間間隔發(fā)送和接收信號，且在發(fā)送和接收信息中通過不斷改變傳輸方向來共用一個(gè)信道，實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，并且為了防止工作在2.4G 頻段的其它設(shè)備的干擾，在物理信道的選擇上采用了跳頻技術(shù)。在該方案中，RF 發(fā)射器采用直接IQ 調(diào)制以減少時(shí)隙上的頻率飄移。數(shù)字發(fā)射濾波器提供所需的頻譜形狀，功率放大器具有+7dB 的功率輸出，可以滿足Class2 和Class3 的功率發(fā)射要求，并具備功率調(diào)整的功能。RF 接收器，在選擇接收機(jī)電路方案的時(shí)候，設(shè)計(jì)復(fù)雜度、成本、功耗等是首先需要考慮的。常見的兩種接收機(jī)設(shè)計(jì)原理包括超外差式和零差式。藍(lán)牙接收器具有零中頻結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)允許把信道濾波器集成在內(nèi)核中，在低噪聲輸入端足夠高的帶外截止性能指標(biāo)允許射頻模塊靠近GSM 或CDMA 發(fā)射器使用，CSR 的BlueCoreTM 芯片在同信道和鄰近信道抑制方面超過了藍(lán)牙的要求。LNA 可以設(shè)置為單端模式或是差分模式，單端模式用于Class1、差分模式用于Class2、lass3。RF 合成器被完全集成到了內(nèi)核中，不需要外接壓控震蕩器，變?nèi)荻O管和LC 調(diào)諧器等。

二、藍(lán)牙射頻方面面臨的難題

藍(lán)牙射頻方面面臨的難題有：PCB 板層的分配、電源的處理、接地和過孔設(shè)計(jì)以及天線的選擇等?，F(xiàn)在天線有很多解決方案，但是成本、尺寸大小、性能及技術(shù)難度各有差異。所以對天線的基本性能，如增益、極化、輸入阻抗、回波損耗等等都需要認(rèn)真關(guān)注。由于天線處于不同的工作環(huán)境，如PC 材質(zhì)的不同，其工作頻率會有誤差，或升高或降低，所以RF 調(diào)試在整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程中具有舉足輕重的地位。RF 調(diào)試通常分為兩個(gè)部分，第一部分是無線匹配的調(diào)試，第二部分是RF 前端的調(diào)試。

三、藍(lán)牙軟件設(shè)計(jì)

上面談的是RF 設(shè)計(jì)及調(diào)試的問題，下面談一下藍(lán)牙軟件的設(shè)計(jì)。為了敘述方便，還是以CSR 來進(jìn)行闡述。CSR 在藍(lán)牙軟件上提供兩種解決方案。其一是Bluelab，其二是BCHS（BlueCoreTM Host Software）。Bluelab 為獨(dú)立的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供支持，所有的藍(lán)牙協(xié)議棧，應(yīng)用以及用戶接口均運(yùn)行在CSR 的BlueCoreTM 芯片內(nèi)。該方案為構(gòu)建輕量級的藍(lán)牙設(shè)備提供了便利，OEM 廠商很容易通過自已的開發(fā)實(shí)現(xiàn)如藍(lán)牙單聲道耳機(jī)、立體聲耳機(jī)、無線音響等產(chǎn)品。該方案只適合僅需比較單一功能的藍(lán)牙產(chǎn)品。BCHS 是將藍(lán)牙協(xié)議棧以HCI（Host Controller Interface）為界線，分成兩個(gè)部分。藍(lán)牙核心協(xié)議棧，如LC、LMP 等運(yùn)行在CSR的BlueCoreTM 芯片內(nèi)，而高層協(xié)議，如L2CAP、SDP 及各種Profile 運(yùn)行在另一個(gè)CPU 上。這個(gè)CPU 稱為Host，而我們稱運(yùn)行在Host 上的代碼為BCHS。Host 與BlueCoreTM 芯片在軟件上的接口是SIG 組織的標(biāo)準(zhǔn)HCI 接口，并對其命令集進(jìn)行拓展，以便Host 能方便管理BlueCoreTM 芯片。Host 與BlueCoreTM 芯片的硬件接口可以是USB，也可以是UART。由于BCHS 是運(yùn)行在主CPU 上，而主CPU 具備相對豐富的系統(tǒng)資源，也具備更多可裁減的靈活性，所以O(shè)EM 廠商可以有更大的自由空間來選擇要實(shí)現(xiàn)的藍(lán)牙功能。從開發(fā)難度上來講，BCHS 方案要大于Bluelab 方案。是采用Bluelab 還是采用BCHS，主要取決于產(chǎn)品形態(tài)以及功能需求。

四、藍(lán)牙MP3解決方案介紹

世健系統(tǒng)（Excelpoint Systems (PTE) Ltd.）是著名的元器件分銷商，除了為客戶提供分銷服務(wù)之外，還為客戶提供一站式的設(shè)計(jì)及技術(shù)支持等服務(wù)。世健系統(tǒng)很早就開始關(guān)注并涉足媒體播放器和無線技術(shù)的整合，并進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，認(rèn)為這將會有很廣闊的市場前景。正是基于這一認(rèn)識，世健系統(tǒng)從2004 年就開始推出了一系列完整的藍(lán)牙MP3 解決方案，下面將對這些方案逐一進(jìn)行介紹。

（一、）SDMP3

該方案基于CSR 的BlueCoreTM03-MM 芯片開發(fā)，是一個(gè)完全的單芯片解決方案，下圖是開發(fā)板：

圖四：SDMP3 開發(fā)板

其系統(tǒng)框圖如圖五：

圖五 SDMP3 系統(tǒng)框圖

能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：MP3 回放、藍(lán)牙耳機(jī)立體聲音樂接收、藍(lán)牙單聲道耳機(jī)，U 盤和FM 等功能。當(dāng)正在欣賞MP3 的時(shí)候，如果有電話打進(jìn)來，該播放器將暫停MP3 的播放，響振鈴提示音，并可以在顯示屏上顯示來電號碼。當(dāng)一旦用戶接聽完電話，自動恢復(fù)MP3 的播放。該方案的最大亮點(diǎn)在于用很低的成本實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能和多媒體功能的整合，適合在低端市場上競爭。目前已經(jīng)有多家OEM 廠商已經(jīng)采用該方案，并已經(jīng)量產(chǎn)。

（二、）實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙單聲道耳機(jī)功能的藍(lán)牙MP3

該方案在藍(lán)牙硬件上采用CSR 的BlueCoreTM02-Flash,世健系統(tǒng)開發(fā)了BlueCAP-HSHF套件，該套件運(yùn)行在BlueCoreTM02-Flash 芯片中，與MP3 播放器的主CPU 協(xié)同工作，硬件接口為UART，軟件接口為HBCP（Host BlueCoreTM Communication Protrocol）。下圖是軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

圖六：實(shí)現(xiàn)單聲道耳機(jī)的解決方案軟件系統(tǒng)框圖

該方案已經(jīng)有多家廠家生產(chǎn)上市，如圖六是香港I.Tech 公司的產(chǎn)品圖，該產(chǎn)品通過了SIG組織的BQB 認(rèn)證。

圖七 香港I.Tech 公司PowBOX 產(chǎn)品

世健系統(tǒng)推出了基于Philips 的PNX0101，PN0102，Sigmatel 的35XX 系列芯片的完整解決方案。該方案除了通常的MP3 播放器的功能外，在和藍(lán)牙整合部分，當(dāng)有來電的時(shí)候正在播放的MP3 音樂將被暫停，接聽電話，通話結(jié)束后繼續(xù)回到MP3 的播放狀態(tài)。注：對于Sigmatel 的35XX 系列，沒有硬件UART 接口，世健開發(fā)了基于GPIO 的軟件UART 的解決方案來解決這一問題。

（三、）實(shí)現(xiàn)立體聲音樂經(jīng)藍(lán)牙傳輸?shù)腗P3 解決方案。

為了解放用戶，把他們從欣賞音樂的同時(shí)又不得不受長長的音頻線的束縛中解脫出來，世健系統(tǒng)推出了能夠用藍(lán)牙傳送立體聲音頻的解決方案，讓用戶以更加自由的方式來享受美妙的音樂。該方案的藍(lán)牙芯片采用CSR 的BlueCoreTM03－MM.在該芯片上，世健提供BlueCAP-AV-HSHF 套件，和主CPU 的硬件接口為UART。軟件接口為HBCP,該套件提供立體聲音頻傳輸，藍(lán)牙耳機(jī)（Handset Handfree），來電顯示等特色功能。該方案的軟件系統(tǒng)框圖與圖五完全相同，不同的是在BlueCAP 的實(shí)現(xiàn)層，增加實(shí)現(xiàn)的是A2DP 和AVRCP 的應(yīng)用協(xié)議。

世健提供Philips in PNX0101、PNX0102、Sigmatel 的35xx系列的完整解決方案。該方案最大的優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)簡單。目前已經(jīng)有多家廠商正在基于該方案開發(fā)產(chǎn)品。

(四、)基于BlueCoreTM04-ROM 的方案

該解決方案的媒體播放器主芯片選用Sigmatel 的36xx系列， 藍(lán)牙芯片是BlueCoreTM04-ROM。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

圖八 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解決方案

下圖是世健系統(tǒng)提供的開發(fā)板示意圖：

圖九 基于Sigmatel 36xx 和BlueCoreTM04-ROM 的完整解決方案開發(fā)板

BC04-ROM 只運(yùn)行藍(lán)牙核心協(xié)議棧，其它高層協(xié)議和應(yīng)用均運(yùn)行在Sigmatel 的36XX上。目前世健系統(tǒng)在藍(lán)牙部分提供的功能有立體聲音頻傳輸，文件共享，照片打印，無線游戲，單聲道耳機(jī)等功能，由于該方案是基于BCHS 開發(fā)的，所以擁有更大的自由空間，可以增加客戶所期望的任何的藍(lán)牙功能，目前該方案已經(jīng)進(jìn)入全面推廣的階段?？梢哉f用“日新月異”來形容現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展毫不夸張?，F(xiàn)代人類正在這科 學(xué)技術(shù)的成果下享受越來越方便的生活，越來越愜意的人生。藍(lán)牙技術(shù)和多媒體技術(shù)的完美整合也將給人類的娛樂方式帶來新的體驗(yàn)和感受，也給供應(yīng)鏈上的各個(gè)廠商帶來更多的市場機(jī)會。