藍牙MP3芯片技術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)鏈的各個環(huán)節(jié)都面對著巨大的壓力。如何尋找新的亮點，增加新的價值來給這個疲于奔命的市場帶來新的生機，成為產(chǎn)業(yè)鏈上各個廠家研究的重要課題。隨著手機、PC 市場上的藍牙的快速發(fā)展，在MP3 播放器中嵌入藍牙技術也開始成為熱點和一大趨勢。

在MP3 播放器上植入藍牙技術正是在這一背景下產(chǎn)生的。而現(xiàn)階段，在MP3 播放器上植入藍牙技術也是一個非常好的市場契機。其一是：隨著PC、手機上的藍牙的廣泛應用，消費者對藍牙技術的認知和使用已經(jīng)得到廣泛的教育，市場培育的工作已經(jīng)完成。其二是：PC 和手機上的藍牙的廣泛推廣，推動了整個藍牙市場向前發(fā)展，從而使藍牙技術日臻成熟，并且在價格上也開始大幅的下降。其三是：有了PC 和手機等產(chǎn)品的藍牙的發(fā)展，使藍牙的應用場景得到了極大的豐富，人們可以隨時隨地使用藍牙進行數(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。藍牙技術除了能提供用戶無線享受音樂的同時，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、藍牙MP3芯片

眾所周知，藍牙技術是一種短距離的無線通信技術，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用。目前已經(jīng)有的應用已經(jīng)超過25 個，如常見的有：單聲道耳機服務、立體聲音樂傳輸、文件傳輸、目標推送和拔號等等。不同的應用有不同的應用場景，不同的應用場景決定不同的產(chǎn)品形態(tài)。

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

在這個整合的過程中，藍牙作為一個連接和應用皆備的無線技術，具備更難的技術特性，所以本文就藍牙技術在整合進MP3 播放器作一些技術上的分析。同時為了便于分析，更有針對性，本文以CSR 藍牙芯片及技術作為分析樣本。

CSR BlueCoreTM 芯片主要分為三個部分，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，主要負責藍牙協(xié)議棧的處理和和芯片本身的控制。至于藍牙的協(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 主要負責存儲相關活動。第三個就是RF 部分，這也是本文的重點。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。藍牙技術采用時分雙工傳輸方案，使用一個天線利用不同的時間間隔發(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信道，實現(xiàn)全雙工傳輸，并且為了防止工作在2.4G 頻段的其它設備的干擾，在物理信道的選擇上采用了跳頻技術。在該方案中，RF 發(fā)射器采用直接IQ 調(diào)制以減少時隙上的頻率飄移。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，在選擇接收機電路方案的時候，設計復雜度、成本、功耗等是首先需要考慮的。常見的兩種接收機設計原理包括超外差式和零差式。藍牙接收器具有零中頻結構，這個結構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牙的要求。LNA 可以設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、藍牙射頻方面面臨的難題

藍牙射頻方面面臨的難題有：PCB 板層的分配、電源的處理、接地和過孔設計以及天線的選擇等?，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真關注。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、藍牙軟件設計

上面談的是RF 設計及調(diào)試的問題，下面談一下藍牙軟件的設計。為了敘述方便，還是以CSR 來進行闡述。CSR 在藍牙軟件上提供兩種解決方案。其一是Bluelab，其二是BCHS（BlueCoreTM Host Software）。Bluelab 為獨立的系統(tǒng)設計提供支持，所有的藍牙協(xié)議棧，應用以及用戶接口均運行在CSR 的BlueCoreTM 芯片內(nèi)。該方案為構建輕量級的藍牙設備提供了便利，OEM 廠商很容易通過自已的開發(fā)實現(xiàn)如藍牙單聲道耳機、立體聲耳機、無線音響等產(chǎn)品。該方案只適合僅需比較單一功能的藍牙產(chǎn)品。BCHS 是將藍牙協(xié)議棧以HCI（Host Controller Interface）為界線，分成兩個部分。藍牙核心協(xié)議棧，如LC、LMP 等運行在CSR的BlueCoreTM 芯片內(nèi)，而高層協(xié)議，如L2CAP、SDP 及各種Profile 運行在另一個CPU 上。這個CPU 稱為Host，而我們稱運行在Host 上的代碼為BCHS。Host 與BlueCoreTM 芯片在軟件上的接口是SIG 組織的標準HCI 接口，并對其命令集進行拓展，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OEM 廠商可以有更大的自由空間來選擇要實現(xiàn)的藍牙功能。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之外，還為客戶提供一站式的設計及技術支持等服務。世健系統(tǒng)很早就開始關注并涉足媒體播放器和無線技術的整合，并進行了深入細致的研究，認為這將會有很廣闊的市場前景。正是基于這一認識，世健系統(tǒng)從2004 年就開始推出了一系列完整的藍牙MP3 解決方案，下面將對這些方案逐一進行介紹。

（一、）SDMP3

該方案基于CSR 的BlueCoreTM03-MM 芯片開發(fā)，是一個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、藍牙耳機立體聲音樂接收、藍牙單聲道耳機，U 盤和FM 等功能。當正在欣賞MP3 的時候，如果有電話打進來，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。當一旦用戶接聽完電話，自動恢復MP3 的播放。該方案的最大亮點在于用很低的成本實現(xiàn)藍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、）實現(xiàn)藍牙單聲道耳機功能的藍牙MP3

該方案在藍牙硬件上采用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)結構圖：

圖六：實現(xiàn)單聲道耳機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，在和藍牙整合部分，當有來電的時候正在播放的MP3 音樂將被暫停，接聽電話，通話結束后繼續(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、）實現(xiàn)立體聲音樂經(jīng)藍牙傳輸?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，藍牙耳機（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 的實現(xiàn)層，增加實現(xiàn)的是A2DP 和AVRCP 的應用協(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， 藍牙芯片是BlueCoreTM04-ROM。系統(tǒng)結構圖如下：

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 只運行藍牙核心協(xié)議棧，其它高層協(xié)議和應用均運行在Sigmatel 的36XX上。目前世健系統(tǒng)在藍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牙功能，目前該方案已經(jīng)進入全面推廣的階段?？梢哉f用“日新月異”來形容現(xiàn)在的科學技術的迅猛發(fā)展毫不夸張。現(xiàn)代人類正在這科 學技術的成果下享受越來越方便的生活，越來越愜意的人生。藍牙技術和多媒體技術的完美整合也將給人類的娛樂方式帶來新的體驗和感受，也給供應鏈上的各個廠商帶來更多的市場機會。