最新藍(lán)牙耳機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案

引言

Bluetooth(藍(lán)牙技術(shù))是由愛(ài)立信、諾基亞、摩托羅拉、英特爾、IBM和日立等信息技術(shù)公司發(fā)起的一種短距離無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于Bluetooth技術(shù)具有低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、適用于多種通信場(chǎng)所以及集成電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此藍(lán)牙技術(shù)作為一種替代有線(xiàn)電纜的無(wú)線(xiàn)接口技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景.藍(lán)牙技術(shù)正成為移動(dòng)電話(huà)、PDA、MP3player和電腦中的標(biāo)準(zhǔn)配置，藍(lán)牙技術(shù)主流應(yīng)用之一是通過(guò)藍(lán)牙耳機(jī)欣賞上述產(chǎn)品藍(lán)牙接口發(fā)送出來(lái)的高品質(zhì)音樂(lè)和實(shí)現(xiàn)免提通話(huà)，然而技術(shù)的普及速度除了與技術(shù)本身的先進(jìn)與否有關(guān)外，還與實(shí)現(xiàn)成本的高低密切相關(guān)，市場(chǎng)上的藍(lán)牙耳機(jī)價(jià)格少則幾百，多則上千元，而移動(dòng)電話(huà)本身價(jià)格大多也不過(guò)千元，藍(lán)牙耳機(jī)的相對(duì)高價(jià)位導(dǎo)致了它的市場(chǎng)普及速度和廣度遠(yuǎn)低于移動(dòng)電話(huà)，本文正式根據(jù)這一 XIAN，基于CSR藍(lán)牙芯片BC358239A提出了一種低成本藍(lán)牙耳機(jī)電路設(shè)計(jì)方案，對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的普及必將起到重要作用。

一.藍(lán)牙耳機(jī)架構(gòu)和芯片介紹

圖一 藍(lán)牙耳機(jī)的結(jié)構(gòu)

應(yīng)用到藍(lán)牙耳機(jī)的芯片除了低成本、低功耗、外圍電路簡(jiǎn)單以外，提供的軟件開(kāi)發(fā)工具齊全以及芯片封裝小也很重要，下面對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的主要芯片作簡(jiǎn)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(dá)+4dB，內(nèi)置有8比特DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)可自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率,無(wú)需外部 BALUN(平衡不平衡轉(zhuǎn)換器和功放即可符合藍(lán)牙V1.2規(guī)格;0.1%BER(比特誤碼率)時(shí)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(shí)鐘輸入又可外接CRISTAL(晶振);內(nèi)部集成DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)速度可達(dá)32MIPS,32bit指令字，24bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)置4K字程序存儲(chǔ)器，兩個(gè)8K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，足以支持耳機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)需要;片上LDO(低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器),支持u-law和A-law 語(yǔ)音代碼轉(zhuǎn)換，支持I2S又支持PCM語(yǔ)音接口， 深度睡眠模式功耗不超過(guò)10uA;10x10mm 的LFBGA封裝,只需較小的PCB尺寸。BC358239A內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖二。

圖二 BC358239A內(nèi)部結(jié)構(gòu)

此外BC358239A還有內(nèi)置LDO，其輸出電壓1.8V，其最大輸出電流可達(dá)70mA，完全可滿(mǎn)足藍(lán)牙芯片自身需要。

BC358239A的藍(lán)牙的軟件架構(gòu)具備相當(dāng)?shù)撵`活性，藍(lán)牙應(yīng)用程序可以運(yùn)行于BC358239A外部，也可由內(nèi)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(yǔ)音應(yīng)用的CODEC(編碼解碼器)，它能為自身的MIC(麥克風(fēng))輸入提供偏置電壓，內(nèi)部有兩組 ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，其抽樣頻率從8KHz到96KHz.串行控制接口可選擇為兩線(xiàn)制和三線(xiàn)制。其音頻接口可通過(guò)編程設(shè)置為 I2S或PCM接口形式。28Pin5x5x0.9mm的QFN封裝，特別適合對(duì)PCB面積有限制的應(yīng)用。功耗極低，應(yīng)用PCM接口通信時(shí)電流自由 20mA左右，寄存器的正確設(shè)置可使待機(jī)功耗保持在15uA以下。

圖三 WM8731內(nèi)部框圖

3.充電芯片SC805和LDO RT9169-3.3

SEMTECH公司的SC805是一款功能強(qiáng)大的CCCV(恒流恒壓)充電芯片，可編程的預(yù)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(dú)作為鋰電池充電控制芯片。熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、電池充電電壓精度可達(dá)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(dá)1A，3x3mmMLP封裝，適合消費(fèi)類(lèi)電子使用。

RT9169-3.3是RICHTECH公司生產(chǎn)的100mA低噪聲3.3VLDO,它具有較低靜態(tài)電流(低達(dá)4uA)，較高的紋波抑制比，符合藍(lán)牙耳機(jī) WM8731和藍(lán)牙芯片內(nèi)部LDO對(duì)電源的要求。

二.電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

耳機(jī)電源的開(kāi)關(guān)和音量調(diào)節(jié)可利用藍(lán)牙芯片BC358239A的PIO口;從RT9169輸出的3.3V電源送到藍(lán)牙內(nèi)置LDO輸入端時(shí)注意在輸入端加適當(dāng)?shù)娜ヅ茧娙荩{(lán)牙芯片的VDD_ANA(內(nèi)置LDO1.8V輸出端)須加上去偶電容，以防止送到藍(lán)牙芯片的電源引入干擾導(dǎo)致藍(lán)牙RF頻偏過(guò)大，與此同時(shí)藍(lán)牙外接的Cristial(晶振)精度要求至少10PPM,否則也會(huì)影響藍(lán)牙RF指標(biāo)。

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(dāng)去偶可以改善WM8731輸出的音頻品質(zhì);WM8731時(shí)鐘可利用藍(lán)牙芯片的AIO3引腳的可編程時(shí)鐘輸出。 WM8731與BC358239A的PCM接口相連時(shí)WM8731的ADCLRC和DACLRC同時(shí)連接藍(lán)牙PCM_SYNC。

BCHS(BluecoreHostSoftware)是CSR為客戶(hù)提供藍(lán)牙產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供的開(kāi)發(fā)軟件，BCHS和藍(lán)牙的協(xié)議棧共同組成了藍(lán)牙產(chǎn)品的軟件解決方案。藍(lán)牙耳機(jī)的軟件架構(gòu)可參考圖四

圖四 藍(lán)牙耳機(jī)軟件架構(gòu)

圖四中VMApplicationsoftware(虛擬機(jī)器應(yīng)用軟件)包括TCS(電話(huà)控制協(xié)議)，它定義了藍(lán)牙耳機(jī)建立語(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令，定義了處理藍(lán)牙TCS設(shè)備群的移動(dòng)管理進(jìn)程;應(yīng)用程序功能包括通過(guò)I2C總線(xiàn)寫(xiě)WM8731寄存器控制耳機(jī)音量，電池低電壓報(bào)警等功能。

結(jié)論藍(lán)牙耳機(jī)的低成本解決方案總是與藍(lán)牙和語(yǔ)音解碼芯片的價(jià)格降低相伴而生，隨著藍(lán)牙接口在移動(dòng)電話(huà)、PDA、MP3player和電腦中的迅速普及，藍(lán)牙耳機(jī)取代有線(xiàn)耳機(jī)已成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。