基于MTK6235平台的蓝牙功能设计(最新整理By阿拉蕾)

上一般在靠近芯片处放置去耦电容，去耦电容一般有2个电容，一大一小，小电容滤除高频干扰，大电容滤除低频干扰。本设计中在VBAT与地间并联接入3个电容C5 0.1uF、C3 1uF与C4 100pF，如图3-5所示，能够较为有效地防止高频信号干扰和芯片非线性所引起的电源波动。 14 图3-5 电源连接 VIO决定芯片I/O电压，连接基带芯片MT6235的I/O接口电压VIO。由于大部分I/O接口电压与芯片电源电压不相同，若I/O接口电压不相同，则相连时就需要进行电平转换。RDA5870E采用直接输入基带芯片I/O接口电压驱动蓝牙I/O接口，这样减少了电平不一致所需的转换电路，简化了电路。MT6235输出VIO = 2.8V。本设计中VIO同样接入去耦电容，VIO电压由基带芯片内部电源管理单元输出，电压相对较稳定，故只接入电容C1 0.1uF，如图3-5所示。 VOUT12为芯片数字电压输出，与退藕电容相连，本设计未使用。SW为内部DC-DC开关电压输出，本设计未使用。 PCB Layout需注意的地方:所有的电源滤波电容须尽可能靠近相应的芯片 pin 脚，并与参考地之间有良好的耦合路径。 (2)时钟设计 RDA5870E需要输入2个时钟信号:32.768KHz、26MHz，既可以由基带芯片MT6235提供，也可以由晶体振荡电路提供。使用单独的晶体振荡电路虽然能够增加蓝牙系统的稳定性，减少蓝牙对基带电路的干扰，但同时也提高了蓝牙功能的实现成本。故本设计中时钟信号由基带芯片MT6235和RF电路提供。 基带和蓝牙芯片所需的32.768KHz主要作为实时时钟，用于时间计数，也用于键盘的扫描时钟。26MHz时钟主要用于射频信号同步等。系统进入低功耗模式后，26MHz时钟被关闭，32.768KHz时钟用于更新时间。 MT6235提供10个时钟clkm0 – clkm9，RDA5870E的时钟输入管脚为EXT32K(32.768KHz时钟输入)、XIN(26MHz晶振输入或外部时钟输入)。EXT32K接clkm1网络名为BT_32K，XIN接手机射频收发器AD6548输出的26MHz网络名为BT_26M，此26MHz时钟提供给基带芯片MT6235。省晶体时，如果射频收发器选用 AD6548，则 XENOUT 需要接SRCLKENAI 和 EINT，作用分别是让 26MHz晶体起振和校准 26MHz晶体的频偏。 由于CLKM1、SRCLKENAI都是复用信号，使用时需进行模式配置，如图3-6、3-7所示，GPIO26_M = 10，GPIO43_M = 01 15 图3-6 GPIO26模式寄存器设置 图3-7 GPIO43模式寄存器设置 CLKM1除需设置GPIO模式寄存器外，还需选择时钟输出频率，由CLK_OUT1低5位CLKOUT设置，如图3-8所示，CLKOUT值所代表的频率分别为:0 f65m_ck ，1 f104m_ck ，2 f52m_ck ，3 f26m_ck ，4 f13m_ck ，5 fmcu_ck ，6 f32k_ck ，7 gdsp1_ck ，8 gdsp2_ck ，9 mcu_hclk_ck, ，A 104Mhz AHB clock ，B mclk_ck ，C slow_ck ，D fdsp_ck ，E fusb_ck ，F f48m_ck ，10 f52m_en ，Other Reserved。本设计中CLK_OUT1 = 0x0006 图3-8 CLK_OUT1设置 PCB Layout注意事项:26MHz 晶体下方或附近不能有高速数据走线，同时确保 26MHz 时钟走线屏蔽良好。32KHz 时钟走线须良好屏蔽，需注意手机主板上32K晶体的布局布线，不能受到来自 GSM 900MHz的干扰。 (3)中断设计 RDA5870E提供一中断信号HOST_WAKE，当蓝牙芯片就绪时唤醒主机，例如开启蓝牙设备搜索时，当搜索到某一设备时，产生中断信号，发送给基带，等待基带处理。 MT6235提供8个外部中断EINT0 - EINT7，本设计采用EINT0，HOST_WAKE连接EINT0网络名为BT_EINT。 使用中断前，需要允许中断，寄存器EINT_MASK控制是否允许中断，ENIT_MASK = 0x00000000允许所有中断。 3.5 I2C总线设计 (1)I2C总线连接设计 RDA5870E采用I2C总线进行芯片的下载、编程、配置等工作。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。I2C总线由一根数据线(SDA)和一根 时钟线(SDL)组成。蓝牙芯片提供2个信号:I2C_SDA、I2C_SCL，基带芯片提供2个信号:SCL、SDA，I2C总线连接如图3-9所示。 图3-9 I2C总线连接 图3-12 I2C总线上拉电阻 基带芯片MT6235提供的I2C总线接口，可对蓝牙、TV、摄像头、重力传感器等带有I2C总线接口的芯片进行控制，任何 I2C 器件都可以连接到 I2C 总线上，而每一个总线上的 16 器件也能和任何一个主控端沟通互相传送信息，在总线上至少必须有一个主控端，如微控器或 DSP，每个主控端拥有相同的优先权，且在 I2C 总线上加入或移除器件都非常简便。 由于SCL、SDA是复用端口，使用时需进行端口配置，如图3-10、图3-11所示，GPIO15_M = 01, GPIO16_M = 01 图3-10 GPIO15模式寄存器设置 图3-11 GPIO16模式寄存器设置 由于I2C总线上连接多个设备，为了增加I2C总线的驱动能力，在I2C总线上，上拉电阻10kΩ至VIO，若已在别处加上了上拉了电阻，则无需再上拉电阻。上拉电阻R1 = R2 = 10kΩ，如图3-12所示。 2)I2C器件的地址配置 ( I2C总线上每一个I2C器件都有一个唯一的地址，RDA5870E采用7位寻址，TM[2:0]三个pin用于模式选择和I2C地址配置，本设计TM[2:0] = 001。 模式选择:(1)MTK平台，配置管脚TM[2:0] = 001或000，默认为001 (2)展讯平台，配置管脚TM[2:0] = 010或100 I2C地址配置:不同的TM[2:0]设置可以配置不同的I2C地址，防止I2C地址冲突，设备的地址是7位，芯片用到2个I2C地址，分别访问芯片内部的数字和模拟部分。TM[2:0]与I2C地址的对应关系如表3-2所示。TM[2:0]连接配置如图3-13所示。 表3-2 TM[2:0]与I2C地址的对应关系 TM[2:0] 应用平台 数字I2C地址 模拟I2C地址 15H 16H 001(推荐) MTK平台 000 75H 76H MTK平台 15H 16H 010(推荐) 展讯平台 100 75H 76H 展讯平台 011 15H 16H 其他平台 101 75H 76H 其他平台 (3)I2C总线的数据传输 在I2C总线总主机是初始化发送、产生时钟信号和终止发送的器件，从机是被主机寻址的器件 I2C总线的数据传输过程基本过程为: a) 主机发出开始信号。 b) 主机接着送出1字节的从机地址信息，其中最低位为读写控制码(1为读、0为写)，高 7位为从机器件地址代码。 c) 从机发出认可信号。 d) 主机开始发送信息，每发完一字节后，从机发出认可信号给主机。 e) 主机发出停止信号。 I2C总线时序如图3-14所示。 17 图3-14 I2C总线时序图 图3-13 TM[2:0]连接配置 各信号的具体说明:开始信号:在时钟线(SCL)为高电平其间，数据线(SDA)由高变低，将产生一个开始信号。停止信号:在时钟线(SCL)为高电平其间，数据线(SDA)由低变高，将产生一个停止信号。应答信号:既认可信号，主机写从机时每写完一字节，如果正确从机将在下一个时钟周期将数据线(SDA)拉低，以告诉主机操作有效。在主机读从机时正确读完一字节后，主机在下一个时钟周期同样也要将数据线SDA拉低，发出认可信号，告诉从机所发数据已经收妥。 在I2C通信过程中，所有的数据改变都必须在时钟线SCL为低电平时改变,在时钟线SCL为高电平时必须保持数据SDA信号的稳定,任何在时钟线为高电平时数据线上的电平改变都被认为是起始或停止信号。 I2C总线的数据格式，图3-15为主机向从机写入数据，图3-16为主机读取从机数据。数据格式说明:(1)S ― I2C开始标识(2)Slava address ― 从设备地址7bits。(3) R/W ― 读写操作表示位，0 表示写，1表示读。(4)A ― 读写完一个byte的地址数据的应答信号(5)Data ― 数据，紧跟设备地址传输的第一个byte数据可以是子地址表示设备的寄存器。(6)P ― I2C结束标识 图3-15 主机向从机写入数据 图3-16 主机读取从机数据 3.6数据传输信号设计 RDA5870E提供2个蓝牙数据传输接口:PCM、UART。PCM接口主要传输实时语音信号，例如使用蓝牙耳机接听电话;UART接口主要传输数据与语音信号，例如使用蓝牙发送文件、使用蓝牙耳机听音乐。 PCM接口数据传输速率较慢，对于实时语音信号传输质量较高，UART接口数据传输速率快，适合于传输文件、音频信号。 RDA5870E还提供2个FM音频输出接口:FM_LOUT、FM_ROUT，FM_LOUT为FM左声道输出，FM_ROUT为FM右声道输出。 (1)PCM接口设计 RDA5870E中PCM接口基于SCO(面向连接的同步传输)链路，属于电路交换的同步 18 传输类型，当主设备与从设备间的连接一旦建立后，不管有无数据发送，系统都会预留固定间隔的时隙给主设备与从设备，SCO链路比较适合语音的传输。语音包不适合因干扰而重新发送，否则语音信号可能出现断断续续的情况，当SCO链路在传输语音时，采用严格的语音编码脉冲编码调制(PCM)方式，即使接收方收到的包错误率非常高，解码后的语音信号品质仍可以接受。 RDA5870E提供4个PCM接口:PCM_CLK(时钟)、PCM_DIN(输入)、PCM_DOUT(输出)、PCM_SYNC(帧同步)。 在基带芯片MT6235中，PCM接口能够传输16位立体声或32位单声道8KHz采样率的语音信号。帧同步频率为8 KHz 时PCM接口的时钟频率为256 KHz。基带提供4个PCM接口:DAICLK、DAIPCMOUT、DAIPCMIN、DAISYNC，蓝牙芯片与基带的PCM接口连接如图3-17所示。其中网络BT_PCMCLK连接蓝牙芯片的PCM_CLK和基带芯片的DAICLK，网络BT_PCMOUT连接蓝牙芯片的PCM_DIN和基带芯片的DAIPCMOUT，网络BT_PCMIN连接蓝牙芯片的PCM_DOUT和基带芯片的DAIPCMIN，网络BT_PCMSYNC连接蓝牙芯片的PCM_SYNC和基带芯片的DAISYNC。 图3-17 PCM接口连接 图3-18 GPIO59模式寄存器设置 PCM接口与GPIO接口复用，使用时需进行端口配置，GPIO59模式寄存器如图3-18所示。其它3个GPIO端口配置类似，GPIO59_M = GPIO60_M = GPIO61_M = GPIO63_M = 01 由于PCM、DAI、EDI共用管脚，对应关系如表3-3所示。 表3-3 PCM、DAI、EDI管脚共用关系 PIN NAME DAI PCM EDI DAI_CLK(OUTPUT) DAI_CLK PCM_CLK EDI_CLK DAI_TX(OUTPUT) DAI_TX PCM_OUT EDI_DAT DAI_RX(INPUT) DAI_RX PCM_IN - BT_SYNC(OUTPUT) - PCM_SYNC EDI_WS 使用PCM接口时需对DAI蓝牙控制寄存器配置，如图3-19所示。DAI蓝牙控制寄存器设置:EDION = 0，VDAION = 0，VBTON = 1，VBTSYNC = 0 图3-19 蓝牙PCM接口配置 19 PCM接口采用的是PCM脉冲编码调制方式，主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五人取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的 WAV文件中均有应用。因此，PCM约定俗成了无损编码，PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。 PCM接口时序如图3-20所示，时序图中，时钟上升沿数据改变，下降沿数据锁存。 图3-20 PCM接口时序 PCB Layout注意事项:PCM 走线须良好屏蔽。 (2)UART接口设计 UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。 RDA5870E中UART接口基于ACL(无连接的异步传输)链路，属于包交换的异步传输类型。当物理通道上的时隙没有任何SCO链路时，ACL链路可占用任意时隙来传输数据。一旦系统需要传输SCO链路时，ACL链路则自动空出时隙提供SCO链路使用。ACL链路这种包交换的传输类型，是在传输数据时才运用时隙，与现在因特网传输数据的方式相同，适合传输突发性的数据信息。 MT6235有3个UART接口UART1 – UART3，提供基带与外部器件之间的全双工串行通信。UART有M16C450和M16550A两种工作模式，常见的M16550A模式中，UART支持5到8位的字长，一个可选的奇偶校验位和一两个停止位，完全可编程的8位CPU接口，包括一个16位可编程波特率发生器和一个8位寄存器，和独立的接受和发送FIFO。UART还包括2个DMA握手线，用来指示FIFO何时就绪。UART接口框图如图3-21所示。 20 图3-21 UART接口框图 从基带MT6235的UART接口框图中，可以看出UART由发送器(TX Machine)、接收器(RX Machine)、波特率发射器(Baud Rate Generator)、控制器(Modem Control)组成、APB总线接口(APB BUS I/F)组成。APB是外围总线，由ARM提出，主要用于低带宽的周边外设之间的连接。 UART接口包括2个信号URXD(接收)、UTXD(发送)，如图3-22所示。其中网络BT_URXD连接蓝牙芯片的UART_TX和基带芯片的URXD，网络BT_UTXD连接蓝牙芯片的UART_RX和基带芯片的UTXD。 图3-22 UART接口连接 图3-23 FM音频信号连接 UART首先将接收到的并行数据转换成串行数据来传输。消息帧从一个低位起始位开始，后面是7个或8个数据位，一个可用的奇偶位和一个或几个高位停止位。接收器发现开始位时它就知道数据准备发送，并尝试与发送器时钟频率同步。如果选择了奇偶，UART就在数据位后面加上奇偶位。在接收过程中，UART从消息帧中去掉起始位和结束位，对进来的字节进行奇偶校验，并将数据字节从串行转换成并行。UART也产生额外的信号来指示发送和接收的状态。 异步串口通信协议作为UART的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。UART是一个串行通信接口设备，在其上可以使用多种串行通信标准。 (3)FM音频接口设计 RDA5870E还提供2个FM音频输出接口:FM_LOUT、FM_ROUT，FM_LOUT为FM左声道音频输出，FM_ROUT为FM右声道音频输出。基带MT6235提供2个FM音频输入信号:AU_FMINR、AU_FMINL，AU_FMINR为FM右声道音频输入，AU_FMINL为FM左声道音频输入，连接如图3-23所示。其中网络FM_INR连接蓝牙芯片的FM_ROUT和基带芯片的AU_FMINR，网络FM_INL连接蓝牙芯片的FM_LOUT和基带芯片的AU_FMINL。 3.7射频信号设计 RDA5870E的蓝牙射频信号为RF，FM射频信号接口:FM_LNAP、FM_LNAN、FM_RFGND，连接如图3-24所示。 21 图3-24 蓝牙、FM射频信号连接 本设计FM天线采用单极输入，FM_LNAP接天线、FM_LNAN接地，FM天线可采用独立天线，也可使用有线耳机的地线，使用独立天线可增强信号的接收质量、使用时无需有线耳机，但增加了手机的成本。本设计中FM天线选用独立天线。 蓝牙天线需采用独立天线。蓝牙射频信号由蓝牙天线接收，通过C9 10pF的天线匹配网络，进入声表面波滤波器(SAW)，SAW为2.4GHz带通滤波，最后经过C7、C8、L3组成的高通滤波器，进入蓝牙芯片内的射频模块。 PCB Layout注意事项:天线与芯片 RF in/out之间的 RF信号走线应走 50欧姆阻抗线，尽可能短，尽可能走表层。BT 射频前端走线尽量避开 pin20 - pin23 相关信号的走线，以达到更好的射频性能。射频前端滤波器位置尽量靠近芯片的 RF端口。 3.8 MT6235与RDA5870E原理图绘制 本设计原理图绘制使用PADS Logic软件，PADS是业内著名的原理图绘制、PCB布局布线工具。使用PADS Logic绘制原理图前，首先需要建立元件类型，元件类型由逻辑封装和PCB封装组成。逻辑封装即在原理图中显示的器件，PCB封装为元件实际的管脚封装。目前手机中使用到的元器件基本都是贴片形式的，如电阻、电容、电感、二极管、芯片等，贴片封装利于大规模生产。 逻辑封装可以按自己的想法设计，但PCB封装必须严格按照元件的Datasheet中的描述设计，包括焊盘的大小、焊盘的间距等。本设计只绘制原理图，缺少外围电路无法进行PCB板的布局、布线设计。 必须建立的元件类型包括基带芯片MT6235、蓝牙芯片RDA5870E、声表面波滤波器SAW，电阻、电容、电感、天线可以使用标准库中已经存在的元件。由于基带芯片有362个管脚，很多管脚都没用使用到，故本设计原理图中的基带芯片只标出使用到的管脚。 建立元件类型前首先需建立元件的逻辑封装，逻辑封装即在原理图中显示的器件。 (1)建立逻辑封装 22 编辑元件在菜单Tools下的Part Editor中。建立逻辑封装时，首先选择新建(NEW)弹出菜单选择新建的项目:Part Type(元件类型)、Connector(连接器)、CAE Decal(逻辑封装)、Pin Decal(管脚封装)。选择CAE Decal。进入CAE封装编辑界面。 工具栏中为封装编辑工具栏 鼠标单机，选择绘制2D线条，选中后单机鼠标右键，出现绘制图形选项，包括绘制形状和绘制角度的设置，选择Rectangle矩形。在绘图界面中单机鼠标左键，拖动鼠标出现一个 随着鼠标的移动改变大小，确定矩形框的大小后，单机鼠标左键完成矩形框的绘制，这矩形 个矩形框即可作为芯片的基本外框，之后再添加管脚，单机出现一对话框如图3-25所示，里面有多种管脚封装可供选择，这里选择基本的管脚PIN确定后，按照器件手册添加相应管脚，完成后保存逻辑封装。至此完成了元件逻辑封装的绘制。 图3-25 选择管脚封装 图3-26 元件电气特性 图3-29 SAW元件类型 (2)建立元件类型 由于不进行PCB制作，本设计中不进行PCB封装的绘制。也是在编辑元件在菜单Tools下的Part Editor中。在Part Editor中选择新建Part Type。 出现工具栏选择编辑元件的电气特性，如图3-26所示，其中包含General(总体)、PCB Decals(PCB封装)、Gates(门)、Pins(引脚)、Attribute(属性)5项设置。General中设置元件的逻辑簇(Logic Family)如电阻为RES，电容为CAP等，这里由于建立新的芯片类型，选择BGA。PCB Decals中选择元件的PCB封装，不进行设置。Gates中选择元件的逻辑封装，就是刚才绘制的逻辑封装。Pins中设置管脚的序号、名称，若管脚个数与逻辑封装中设置不相同，则会提示错误信息。Attribute中添加元件属性，如PCB封装(PCB Decal)、编码(PN)、类型(TYPE)、值(Value)等。管脚名称、序号不在这里设置，完成后单机确定。 选择进入逻辑该元件的逻辑封装编辑，封装编辑工具栏变为 其中为改变管脚序号，为改变管脚名称。对照芯片手册进行修改，完成后选择File菜单中的“Return to Part”返回元件类型编辑，返回后保存元件类型。至此完成了元件类型的建立。 蓝牙芯片RDA5870E的元件类型如图3-27所示，基带芯片MT6235的元件类型如图3-28所示，SAW滤波器的元件类型如图3-29所示。 23 图3-27 RDA5870E元件类型 图3-28 MT6235元件类型 (3)原理图绘制 蓝牙芯片、基带芯片、滤波器的元件类型都建立后，就可以开始绘制原理图了，绘图主要使用原理图编辑工具栏 其中为添加元件，为添加连接线，主要使用这两项。 绘制原理图时，按照设计添加所有元件，再根据设计内容添加连接线。PADS Logic中连接线有两种，一种是将两个元件需要连接的端口直接连接，另一种是添加Off-Page 。这种连接使原理图可以分为多页进行设计，将同一功能的电路放在同一页，极大的降低了修改原理图、查找电路的难度。 本设计中大部分连接采用Off-Page，极大的减少了线路的复杂性。Off-Page有输入和输出两种，起说明线路功能的作用。本设计绘制的原理图如图3-30、图3-31所示。需注意芯片手册中NC的管脚脚须保持悬空，不能接地。 24 图3-30 蓝牙芯片RDA5870E连接 图3-31 基带芯片MT6235连接 25 4 测试规范 由于本设计只是设计了蓝牙芯片与基带芯片的连接设计，无法产生具体的实物，因此无法实际测试蓝牙的各项性能指标。但是蓝牙的射频测试和功能测试在整个蓝牙功能设计中又是极其重要的一部分，蓝牙的射频性能直接决定了蓝牙产品的传输质量、抗干扰性、传输速度、传输距离等至关重要的参数。蓝牙的功能测试检测蓝牙终端产品功能是否正常，蓝牙工作时的电流，待机的电流是否正常。 虽然蓝牙芯片在出厂时，都要经过蓝牙测试规范中的各项测试，包括射频测试、功能测试，但是蓝牙芯片应用到具体的终端产品中后，还会收到来至电路板上其它电路和具体工作环境的干扰。例如手机上GSM900MHz射频信号的干扰、WIFI 2.4GHz同频率间的相互干扰等等，这些干扰都会极大降低蓝牙芯片的射频性能，因此有必要对蓝牙终端产品进行射频测试，以研究降低干扰的措施。 本设计测试规范参考蓝牙合作组织Bluetooth SIG提供的“Bluetooth Test Specification ”，本设计中以具体的测试仪器蓝牙综测仪CBT，将蓝牙测试规范中制定的部分测试项目的要求和测试结果以图像的形式表现出来。CBT测试结果参考罗德与施瓦茨公司推出的测试结果。 4.1蓝牙测试仪器 罗德与施瓦茨公司是蓝牙发展的推动者，在标准的指定以及射频器件的研发领域具有业界领先地位。该公司提供了3款仪器用于蓝牙射频和音频的测试，如图4-1所示。其中 [8]CBT是业界最早支持蓝牙V2.0 ， EDR功能的仪器。 图4-1 蓝牙测试仪 图4-2 蓝牙射频原理框图 由于CBT蓝牙测试仪具有大的图形显示界面，高精度和操作灵活等优点，本设计以CBT作为蓝牙射频测试仪器。 进行蓝牙测试时，综测仪当作主设备，蓝牙被测件为从设备。但是一定要注意在进行射频测试的时候，要求被测件必须进入测试模式。如不进入测试模式，将不能进行数据的交互，许多功能不能进行测试。激活被测件的方式有2种。 第一:采用综测仪发控制命令的方式，通过射频通道传到手机，手机解码后激活测试模式，但这必须要手机支持这种方式。 第二:这个也是现在比较流行和普遍的采用的方式，采用本地计算机通过串口或其他接口发命令激活被测件，有些被测件只要手动输入几个字符也可以激活。 26 4.2蓝牙射频测试 蓝牙射频测试包括发射机测试和接收机测试。蓝牙射频原理框图如图4-2所示，蓝牙无线信号在半双工模式下工作，用一个RF多路复用开关(位于天线前)将天线连接到发射或接收模式。 蓝牙接收机原理:接收信号时，开关与低噪声放大器LNA相连，对接收到的信号Rx进行放大。下一级混频器将接收信号下变换到IF频率(一般为几MHz)，进行该步骤时用于发射的PLL/VCO部分作为接收器下变频本机振荡器使用，将IF信号解调并恢复出数据。 蓝牙发射机原理:发射数据(Tx)通过高斯滤波器滤波后，用滤波器的输出对VCO频率进行调制。根据串行输入数据流逻辑电平，VCO频率会从其中心频率向正负两端偏离，偏移量决定了发射器的调制指数，调制的信号经放大后由天线发射出去。 [9]蓝牙发射机测试包括:输出功率、功率控制、发射输出频谱–频率范围、发射输出频 - 20dB 带宽、发射输出频谱- 临信道功率、调制特性、初始载波频率容限、载波频率漂移谱 总共8个测试项目，未列出发射机EDR测试项目。 蓝牙接收机测试包括:灵敏度 – 单时隙数据包、灵敏度 – 多时隙数据包、最大输入电平、C/I性能、阻塞特性、互调特性共6个测试项目，同样未列出接收机EDR测试项目。其中C/I性能、阻塞特性、互调特性3个测试项目需要添加信号源等相关设备，暂无测试图像。 4.2.1发射机测试 (1)输出功率 蓝牙规范定义的 3种功率等级如表4-1所示。 表4-1 蓝牙规范定义的3中功率等级 功率级别 最大输出功率 正常输出功率 最小输出功率 功率控制 1 100mW N/A 1mW Pmin<+4dBm到Pmax (20dBm) (0dBm) 2 2.5mW 1mW(0dBm) 0.25mW Pmin到Pmax (4dBm) (-6dBm) 3 1mW(0dBm) N/A N/A Pmin到Pmax 测试结果要求: 规范要求峰值功率和平均功率各小于 23dBm和 20dBm，并且满足以下要求:如果 EUT的功率等级为 1，平均功率> 0dBm;如果 EUT的功率等级为 2， -6dBm<平均功率<4dBm;如果 EUT的功率等级为 3，平均功率<0dBm。测试结果如图4-3所示。 (2)功率控制 功率控制用于限制发射功率使之不超过 0dBm ，在 0dBm 以下时，发射机功率控制是可选的，主要用于优化功率消耗和整体的干扰电平。功率输出增益控制采用了一种单调序列步进方式，这种步进增益由两种方式组成，一种是高步进增益(每步 8 dB )，另一种是低步进增益(每步2dB )。一个具有 20dB 的功率级别为 1 的设备必须具有调整其功率到达 4dB 以下的能力。 具有功率控制功能的设备在其工作过程中通过使用链路管理协议LMP来获得最佳输出功率。功率控制通过测量接收信号强度指示来实现，如果需要进行功率调整就返回一个报 27 告。在一次连接中，如果接收设备不支持发送功率控制信息，发送端就不能使用功率控制，这时发送端使用功率级别2和3的规则。 设备的传输功率等级不能超过控制管理实体所设定的最大值。而允许的最大传输功率等级取决于调制的模式。测试结果如图4-4所示。 结果要求: (1)功率步长要求: 2dB ? step size ? 8 dB (2)功率等级为1被测件: PAV < 4dBm 图4-3 输出功率测试图 图4-4 功率控制测试图 (3) 发射输出频谱–频率范围 此项目目的是检测发射机的发射范围是否在频段范围之内。 规范要求对于低信道扫描频率从2399MHz到2405MHz, 对于高信道扫描频率从2475MHz到2485MHz, 在低信道时，找出频谱功率密度低于低信道功率–80 dBm/Hz的频点fL，在高信道时，找出频谱功率密度低于低信道功率–80 dBm/Hz的频点fH。 结果要求:对于 79信道系统频率范围在: 2.4 GHz – 2.4835 GHz 之间。 (4)发射输出频谱 - 20dB 带宽 此项目目的是检测发射机的发射范围是否在信道范围之内。EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频找到对应最大功率的频点，并且找到其左右两侧对应功率下降20dB时的fL和fH，20dB带宽Df = | fH - fL | 结果要求: Δf = |fH - fL| ? 1.0 MHz ，测试结果如图4-5所示。 图4-5 20dB带宽测试图 图4-6 临信道功率测试图 28 (5)发射输出频谱- 临信道功率 EUT工作频点分别为第 3信道、第 39信道和第 75信道，回送净荷为 PN9的DH1分组。测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信道的功率。 结果要求:(1)邻第2信道泄漏功率 PTX (f) ? – 20 dBm (2)邻第3信道泄漏功率 PTX (f) ? – 40 dBm ，测试结果如图4-6所示。 (6)调制特性 此项目目的是检验调制参数特性。 EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为 11110000的分组，并对 EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为 Df1max 和 Df1avg。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为 10101010的分组，并对 EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为 Df2max 和Df2avg 结果要求: (1)140 KHz ? Δf1avg ? 175 KHz (2)Δf2max ? 115 KHz 置信度是99.9% (3)?f2avg / ?f1avg ? 0.8，测试结果如图4-7所示。 (7)初始载波频率容限 本项目测试目的为建议载波频率准确度。 测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。测试仪根据 4个前导码计算载波频率 f0 结果要求:fTX – 75 KHz ? f0 ? fTX + 75 KHz ，测试结果如图4-8所示。 图4-7 调制特性测试图 图4-8 初始载波频率容限测试图 (8)载波频率漂移 EUT 分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为 10101010 的DH1/DH3/DH5 分组。测试仪先根据 4 个前导码计算载波频率 f0，然后每 10 比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定义为漂移速率。对于 DH1 分组，要求每次的瞬时漂移小于 25KHz，对于 DH3、DH5 分组，要求载波瞬时漂移小于 40KHz。规范还要求载波漂移速率小于4000Hz/ 10μs。 漂移测量将短的 10 位相邻数据组和跨越脉冲的较长漂移结果结合在一起。如果在发送器设计中用了采样-保持设计，就可能出现这一误差。 结果要求如表4-2所示。 29 表4-2 载波频率漂移测试结果要求 包类型 频率漂移 DH1 ?25KHz DH3 ?40KHz DH5 ?40KHz 测试结果如图4-9所示。 图4-9 初始载波频率漂移测试图 图4-10 单时隙误码率测试图 4.2.2接收机测试 (1)灵敏度 – 单时隙数据包 检测接收机在非理想环境下，接收最小信号的能力。注意:如果 EUT支持有扰发射(Dirty Transmitter) 如表4-3所示，综测仪必须仿真这一环境。 表4-3规范定义的有扰发射图 Set of Parameters Carrier Frequency Modulation index Symbol timing error offset 1 75kHz 0.28 -20ppm 2 14kHz 0.30 -20ppm 3 -2kHz 0.29 +20ppm 4 1kHz 0.32 +20ppm 5 39kHz 0.33 +20ppm 6 0kHz 0.34 -20ppm 7 -42kHz 0.29 -20ppm 8 74kHz 0.31 -20ppm 9 -19kHz 0.28 -20ppm 10 -75kHz 0.35 +20ppm EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为 PN9的 DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率，以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有 75kHz的初始误差和 40kHz的频率漂移，即总共允许有 115kHz的误差。此外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化 4~10dB，具体值与分组长度和蓝牙芯片种类有关。将干扰加入到发送的蓝牙信号中，每20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外，蓝牙基带信号还受一正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码率 BER<0.1%。 30 结果要求:BER ? 0.1% (最少测试包要求, 1 600 000 bits.)。测试结果如图4-10所示。 (2)灵敏度 – 多时隙数据包 类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为 DH3、DH5。 结果要求:BER ? 0.1% (最少测试包要求, 1 600 000 bits.)。测试结果类似于单时隙的测试结果。 (3)最大输入电平 该项测试和灵敏度意义不同在于，它测试接收机抵抗大信号的能力，综测仪这个时候要求发送-20dBm的信号，检测接收机的误码率是多少。 结果要求:BER ? 0.1% (最少测试包要求, 1 600 000 bits.)。测试结果如图4-11所示。 图4-11 最大输入电平测试图 图4-12 规范要求的干扰和需要的信号强度 (4) C/I性能 该测试项需添加信号源。 此测试检测了接收机在有干扰环境下的接收能力。结果以BER的方式来表征。 需要的信号在某信道上以非跳频的方式工作。一干扰信号在此信道加入，可以检测这时的BER。第二步，干扰信号加到蓝牙整个频段上，测试每个信道上的BER。重复测试一次。规范要求的干扰和需要的信号强度如图4-12所示。 测试结果要求:BER<0.1% (5)阻塞特性 该测试项需添加信号源。 阻塞特性是指在其它频段存在大的干扰信号时，接收机接收有用信号的能力。EUT收发频点为2460MHz(58号信道)。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，而且发送频率为30MHz到12.75GHz之间的连续波干扰信号。规范要求的连续波大小如表4-4所示。 表4-4 规范要求的连续波大小 Interfering Signal Frequency Interfering Signal Power Level 30MHz – 2000MHz -10dBm 2000MHz – 2400MHz -27dBm 2500MHz – 3000MHz -27dBm 3000MHz – 12.75GHz -10dBm 测试结果要求:BER<0.1% 31 (6)互调特性 该测试项需添加信号源。 互调特性是指存在两个或多个跟有用信号有特定频率关系(它们的互调产物刚好落在有用信号带内)的干扰信号的情况下的接收能力。 测试结果要求:BER<0.1% 4.3蓝牙功能测试 测试目的:检查无线终端产品蓝牙功能是否正常。 测试条件:无线终端产品中插入电池和用户识别卡。 测试步骤: (1)打开无线终端产品的蓝牙功能，检查无线终端产品能否搜索到其它的蓝牙设备，能否被其它的蓝牙设备搜索到。 (2) 传输一个稍大的文件，检查能否正常发送和接收。 (3)传输文件的同时，拉大传输的距离(中间不要有障碍物)，检查蓝牙传输时的最大距离。 (4)检查无线终端产品的蓝牙待机/传输数据时的电流。 通过准则: (1)打开蓝牙时能够搜索到其它蓝牙设备，也能够被其它蓝牙设备搜索到。 (2)传输文件能正常工作，且最大传输距离大于5米。 (3)蓝牙功能打开后增加的电流不大于3.5mA，蓝牙传输数据时工作电流不大于120mA。 32 5 总结 通过本次毕业设计了解了蓝牙的发展历史、关键技术、一些基本的协议，以及联发科MT6235平台的基本组成，蓝牙芯片的最新技术和蓝牙的测试规范。掌握了原理图绘制软件PADS Logic的使用。 本设计主要完成了蓝牙芯片的选型、蓝牙芯片与基带芯片MT6235的连接设计。其中连接设计包括芯片控制信号设计，电源、时钟、中断设计，I2C总线设计，数据传输设计、射频信号设计和原理图绘制。综合考虑成本与性能因素，本设计采用锐迪科公司推出的蓝牙芯片RDA5870E，RDA5870E提供I2C、UART、PCM、GPIO口与基带芯片连接。其中GPIO接口主要控制蓝牙芯片的开关、重置以及中断信号的传输;I2C总线主要进行蓝牙芯片的配置，下载编程;PCM接口主要传输实时语音信号，例如使用蓝牙耳机接听电话;UART接口主要传输数据与语音信号，例如使用蓝牙发送文件、使用蓝牙耳机听音乐。最后介绍了蓝牙的一些射频测试规范和功能测试。 本设计只是完成了MTK6235平台上的蓝牙功能设计，要想能够使用蓝牙发送接收文件、使用无线蓝牙耳机，还必须在MT6235上设计输入输出设备、内存模块、射频功能、外部接口等基本的硬件模块。当手机的所有电路原理图都设计完成后，还需要进行PCB板的设计，手机板的PCB设计是手机设计中最为关键的部分，布局、布线的合理性直接影响到手机的射频性能、抗干扰性、EMI/EMC的技术指标。PCB设计完成后需要投板生产，然后进行元器件的贴片，之后就是手机的组装包括显示屏、按键、外壳、天线等。到此一部手机的硬件部分基本就完成了，接下来就是向其中写入操作系统，包括一些底层的驱动程序、系统程序和一些应用。之后就是测试环节。想要使用蓝牙功能需要在系统中添加蓝牙芯片的驱动程序，还需要一个蓝牙的应用程序。 由于WIFI的高速传输速度，使得越来越多的手机开始集成WIFI功能，蓝牙和WIFI不可避免的需要集成到同一部手机中。但是蓝牙和WIFI都工作在2.4GHz的ISM频段，在手机上同时实现蓝牙和WIFI功能，还需要设计一种使蓝牙和WIFI分时工作的方式。 时间总是很快的过去，在公司实习的2个多月里，我学到了很多以前从未接触的知识，掌握了许多基本的技能，这些对我毕业后的工作会有非常大的帮助。 33 致谢 首先，我要感谢华中科技大学，是它给予我这次难得的学习机会，让我离开校园后，依然能够从中学习丰富的知识，它优良的学习传统与校园作风让我掌握了最基本的学习方法，使我在以后的学习生活与工作中，增加了很多的自信，勇于面对各种困难，积极寻找解决方法。 其次我要感谢深圳基斯瑞科技有限公司，给我一个能够实习的机会。在我的实习工作中，特别是在刚开始时，手机平台、GSM通信原理、射频综测仪等对我而言完全都是新的事物，硬件科科长、指导老师以及公司的同事给予我很大的帮助，使我对自己的工作、相关原理有了初步的认识和了解。 这篇论文是在陈朋金老师和胡晓娅老师的悉心指导下得以完成的。陈朋金老师在毕业设计内容、要求、蓝牙功能设计思路方面给予我非常大的帮助。胡晓娅老师在论文的格式、内容、论文撰写过程中遇到的一些问题、毕业答辩方面给予我非常大的帮助。如果没有两位老师的指导，我是不可能完成这篇论文的。 最后，我要感谢一直在我身边支持我的亲人和朋友，感谢他们给予我的支持和帮助。 34 参考文献 [1]禹帆.蓝牙技术，北京，清华大学出版社，2002，p3-p4 [2]朱刚、谈振辉、周贤伟.蓝牙技术原理与协议，北京，北方交通大学出版社，2002 [3]喻宗泉.蓝牙技术基础，北京，机械工业出版社，2006 [4]金纯.蓝牙技术，北京，电子工业出版社，2001 [5]庄奕琪.蓝牙—梦想与实现，北京，机械工业出版社，2002，p7 [6]MediaTek.MT6235 GSM GPRS Baseband Processor_ Data Sheet_1.02，2008 [7]RDA Microelectronics.RDA5870E_datasheet_v0.92E，2010 [8]唐彦波.蓝牙技术原理与测试，罗德与施瓦茨中国有限公司培训中心 [9]Bluetooth SIG.Bluetooth Test Specification，2004 [10]Bluetooth SIG.Bluetooth Specification Version 2.0 + EDR，2004 [11]Bluetooth SIG.Bluetooth Specification Version 3.0 + HS，2009 [12]Bluetooth SIG.Bluetooth Specification Version 4.0，2010 [13]彭丽、吴叙伟、郗亚平、程磊、杨晓莉.蓝牙技术与协议的开发应用与实现.通信技 术，2003，第6期，p71-p73 Bluetooth End to End，JOHN WILEY & SONS INC，2002 [14]Dee Bakker. [15]苏雪莲.蓝牙产品及蓝牙芯片技术的发展.微电子技术，2002，第30卷第4期，p1-p10 [16]刘兴、李建东.蓝牙芯片及其应用.电子技术应用，2001，第7期，p64-p66 [17]李磊、王安义、张瑞先.基于移动终端的蓝牙技术方案的实现.通信技术，2007，第40 卷第12期，p177-p181 [18]MediaTek.Bluetooth Solution for MTK Moblie Phones，2006 [19]MediaTek.MT6601 Bluetooth Transceiver and Baseband Processor External Data Sheet， 2006 35 附录A RDA5870E管脚说明 序号 管脚名称 说明 1 UART_TX UART数据输出 2 UART_RX UART数据输入 3 PCM_DOUT PCM接口数据输出 4 PCM_DIN PCM接口数据输入 5 PCM_CLK PCM接口时钟 6 PCM_SYNC PCM接口同步信号 7 VIO I/O电压 8 VOUT12 数字电压输出，与退藕电容相连 9 SW 内部DC-DC开关电压输出 10 VBAT 电池电压输入 11 EXT32K 32.768KHz时钟输入 12 XEN_IN 时钟使能信号输入 13 XEN_OUT 时钟使能信号输出 14 XTAL 晶振输入 15 XIN 晶振输入或外部时钟输入 16 NC 无连接 17 NC 无连接 18 LDO_ON 内部LDO电源使能 19 NC 无连接 20 RESETN 芯片全局重置信号 21 TM[0] 芯片模式选择位 22 TM[1] 芯片模式选择位 23 TM[2] 芯片模式选择位 24 NC 无连接 25 RF 射频信号 26 GPIO0 可编程I/O口 27 GPIO1 可编程I/O口，也用于WIFI相容握手信号的bt_priority位 28 FM_LNAP 低噪放大器输入端口，单极输入，LNAN须连接RFGND 29 FM_RFGND 低噪放大器地，连接PCB上的地 36 30 FM_LNAN 低噪放大器输入端口。 31 NC 无连接 32 NC 无连接 33 NC 无连接 34 FM_LOUT FM左声道输出 35 FM_ROUT FM右声道输出 36 NC 无连接 37 GPIO2 可编程I/O口，也可用于WIFI相容握手信号的wl_active 位 38 HOST_WAKE 唤醒主机 39 I2C_SCL I2C接口时钟信号 40 I2C_SDA I2C接口数据信号 37 附录B MT6235部分管脚说明 编号 管脚名称 说明 H4 VDD33 3.3V电源输出 A10 VBAT_CORE 电池电压 F24 EINT0 外部中断0 AD12 LSDA/GPIO26/CLKM1 串行显示接口时钟输出，GPIO口、时钟复用 AC8 BPI_BUS6/GPIO20 RF并行控制总线，GPIO口复用 F23 EINT1 外部中断1 AD11 SRCLKENAI/GPIO43 外部TCXO使能输入，GPIO口复用 K3 AU_FMINR FM右声道输入 K4 AU_FMINL FM左声道输入 D18 DAICLK/GPIO59 数字音频接口时钟，GPIO口复用 A17 DAIPCMOUT/GPIO60 数字音频接口数据输出，GPIO口复用 B17 DAIPCMIN/GPIO61 数字音频接口数据输出，GPIO口复用 C17 DAIRST/GPIO62 数字音频接口复位信号，GPIO口复用 D17 DAISYNC/GPIO63 数字音频接口帧同步信号，GPIO口复用 AE4 SCL/GPIO15 I2C接口时钟信号，GPIO口复用 AE5 SDA/GPIO16 I2C接口数据信号，GPIO口复用 C24 UTXD1 UART发送数据端 C25 URXD1 UART接受数据端 38