如何在手持式電子產(chǎn)品中實現(xiàn)“藍牙”功能

如何在手持式電子產(chǎn)品中實現(xiàn)“藍牙”功能
    “藍牙”（Bluetooth）是一項成本低廉的無線短程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開發(fā)的目的是要
使之適用于一切移動電子產(chǎn)品。具有“藍牙”功能的電子產(chǎn)品可以非常容易地在一
個小范圍內(nèi)組成一個臨時的專用網(wǎng)絡(luò)，并使這些產(chǎn)品通過此網(wǎng)絡(luò)方便迅速地和打印
機、Internet節(jié)點、同一小組的其他同事接通，并傳送信息。“藍牙”將在蜂窩手
持電話和PDA之間、PDA和筆記本電腦之間、筆記本電腦和局域網(wǎng)之間、以及在其它
一切電子產(chǎn)品之間，建立一種標準的無線電連接，以取代臃腫的電纜連接。
    為什么取名為“藍牙”？它和口腔中牙齒的功能并沒有任何聯(lián)系，寓意在于
“聯(lián)合”。在北歐的歷史上，有一位受到人們稱贊的丹麥國王，他的綽號（瑞典語）
叫“藍牙”。由于他的努力實現(xiàn)了丹麥和挪威的聯(lián)合。因此，稱此項技術(shù)為藍牙，
寓意在于聯(lián)合。
    “藍牙”方案是由Intel、IBM、愛立信、諾基亞和東芝等公司發(fā)起，于1998年
5月組成的SIG（Bluetooth Spe－cial Interest Group）提出并制訂的。SIG受到
廣泛的支持，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在已經(jīng)有1200個成員。隨后又由微軟、3Com、朗訊
和Motorola發(fā)起成立藍牙推動集團（Bluetooth Promoter Group）。1999年2季度
完成并公布了藍牙技術(shù)規(guī)范的1.0版本。這已經(jīng)是一個可以執(zhí)行的方案了。于是在
1999年年底和今年年初的展覽會上，不斷出現(xiàn)應(yīng)用藍牙技術(shù)的電子產(chǎn)品，深受人們
的歡迎。另外一方面，不少廠家也在軟件和硬件方面進行了許多開發(fā)工作，可以為
電子產(chǎn)品制造廠商提供多種水平的零部件，以及各種設(shè)計服務(wù)。
    對于“藍牙”如此迅速的興起，有人說歷史上還沒有哪一項標準被應(yīng)用得如此
迅速。現(xiàn)在已經(jīng)不是采用不采用藍牙的問題，而是如何采用的問題了。電子產(chǎn)品如
何加入“藍牙”？
    在電子產(chǎn)品中增加“藍牙”系統(tǒng)時，需要考慮產(chǎn)品上市期限、產(chǎn)品的外形體積
限制、成本和技術(shù)來源等問題。也需要考慮是自己從頭開發(fā)還是外購？是部分外購
還是全套外購？這些問題又互相聯(lián)系，需要仔細分析解剖。
    此外，對于移動無線電子產(chǎn)品來說，由于體積重量十分重要，技術(shù)變化快，上
市的期限要求十分苛刻，因此對集成化的需求十分迫切，而且在實現(xiàn)集成化的同時
還需要保持產(chǎn)品的特殊個性。但是集成化還是有其優(yōu)越性，總括起來集成化可以帶
來以下的好處：
    可以減少零部件的數(shù)量和縮小產(chǎn)品體積；
    ·可以縮短產(chǎn)品上市的時間；
    ·完整的RF模塊可以降低本企業(yè)對RF專業(yè)人才的需求；
    由于零部件的減少減少，了材料供應(yīng)清單的項目，減輕了對供應(yīng)的壓
    ·由于采用的是經(jīng)過認證的方案，可以避免繁瑣的標準認證手續(xù)；
    但是，并不是說集成得越徹底就越好。需要根據(jù)對產(chǎn)品的綜合要求，結(jié)合企業(yè)
的實際情況和當時的外部協(xié)作環(huán)境，全面權(quán)衡各種利弊因素，作出妥善的決定。
    RF—一實現(xiàn)藍牙的瓶頸之一
    它包括一個完整的RF發(fā)射和接收部分，一個以微處理器為核心的基帶（BB）部
分，存儲低層協(xié)議的存儲器，以及和電子產(chǎn)品主機部分的接日。藍牙在2.4GHz的ISM，
即工業(yè)、科研和醫(yī)療衛(wèi)生頻段工作。除了法國、西班牙和日本以外，頻率范圍為
2404～2.4835GHz（上述三個國家在此頻帶內(nèi)有一些頻率不能使用。因此如果設(shè)計的
產(chǎn)品有可能銷往以上國家時，跳頻的算法需要考慮以上的限制）。
    通路寬度為1MHz，大多數(shù)國家，上保護頻帶為2MHz，下保護頻帶為3.5MHz。為
了減少干擾，采用跳頻技術(shù)。以每秒1600次的頻率在79個通路內(nèi)跳頻。數(shù)據(jù)傳輸總
速率為1M位／秒。以時分多路制式實現(xiàn)雙工通信。藍牙在發(fā)射時，不另加功率放大
器時，天線上的輸出功率為0dBm，通信距離可達10米。加上放大器通信距離可達
100米。接收部分的靈敏度不能低于-70dBm。
    由于數(shù)字化的廣泛開展，年輕的工程師大都投向數(shù)字技術(shù)專業(yè)，有能力的RF專
家普遍缺乏。除非是有實力的大企業(yè)，一般企業(yè)很少有能力獨立開發(fā)RF產(chǎn)品。多數(shù)
廠家外購RF零部件。完整的RF部分，有的是以模塊的形式提供，有的可以提供單個
的芯片。愛立信公司可以提供RF模塊和基帶模塊。用戶可以單獨購買RF模塊，自己
配基帶部分；也可以同時購買。
    愛立信的RF模塊工作頻率范圍為2.4～2.6GHZ。它的基帶模塊采用的處理器型
號為ARM7TDMI Thumb模塊中包括存儲器，2個16c450UART通用通信接口和基帶控制
器。
    Philsar公司可以提供適合于藍牙系統(tǒng)應(yīng)用的單片RF收發(fā)器，型號為PH2401。
它內(nèi)部包括壓控振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、中頻濾波器等線路。不需要
外接濾波器和振蕩晶體。為了適合不同的主機，如頭戴送受話機、電話手機、手持
式計算機等的需要，可以分別提供不同的分型號。與它配套的基帶芯片是由Mitel
公司開發(fā)的DMT1020A。同樣，既可以配套購買，也可以單獨購買。MT1020A內(nèi)部包
括有嵌入的微控制器、藍牙系統(tǒng)基帶專用外圍部件、音頻編譯碼器、程序存儲器、
通用ADC、以及用于和主機連接 USB及UART接口。
    軟件如何解決？
    支持藍牙低層協(xié)議的程序以目標碼格式存放在基帶的存儲器中。藍牙的上層
協(xié)議需要主機的處理器來支持。實現(xiàn)藍牙系統(tǒng)時，需要取得上層協(xié)議的原程序，
并將其集成到主機的應(yīng)用程序中去�；鶐ж撠�(zé)處理從RF模塊來的信號�；鶐е械�
嫩件Link Manager（LM）負責(zé)控制鏈路的建立、鑒別、配置和其它低層協(xié)議的執(zhí)
行。LM還負責(zé)和其它LM相識別，并通過鏈路管理協(xié)議和它們建立通信聯(lián)系。LM為
以下的各種服務(wù)，例如發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，詢問和回答命名標識，訪問所屬的鏈路
控制器LC（Link  Controller），從事連接的建立和鑒別等�？偠�言之，是基帶
和LM建立了藍牙網(wǎng)絡(luò)的連接。
    主機通過主機控制器接口HCI（Host Controller interface）和低層協(xié)議進
行通信。負責(zé)實現(xiàn)藍牙系統(tǒng)的設(shè)計人員，一般是在外購RF和基帶技術(shù)時，也得到
了LM、HCI和低層協(xié)議，但是需要在主機的應(yīng)用軟件中安裝HCI驅(qū)動器和其它的上
層協(xié)議（如L2CAP、SDP、RFCOMM等），才能實現(xiàn)主機對藍牙的支持。
    上層協(xié)議支持藍牙的profile（協(xié)議于集）概念。所謂profile是指針對某一
類應(yīng)用優(yōu)化了的協(xié)議集合，（例如對于傳真的profile，對于撥號上網(wǎng)的profile，
對于文件傳輸?shù)膒rofile等）。藍牙的整個協(xié)議組成一個協(xié)議集（protocol stack），
每個profile使用協(xié)議集的一片（slice）。此協(xié)議集支持該項應(yīng)用。2個藍牙系統(tǒng)
必須采用同樣的協(xié)議集，才能具有互操作性。為了保證電子產(chǎn)品之間在一定的應(yīng)
用方面能夠交互操作，設(shè)計人員需要為一定的應(yīng)用準備好標準的協(xié)議集和子集。
如果有足夠的時間和合適的人才，企業(yè)當然可以自己建立集和相應(yīng)的子集。
    愛立信公司作為藍牙的發(fā)起人之一，已經(jīng)宣布可以出售藍牙軟件協(xié)議案的使
用許可證。如何利用愛立信這樣的廠商提供的技術(shù)？藍牙設(shè)計人員可以從哪里得
到HCI驅(qū)動器，它符合藍牙標準，支持必須采用的HCI命令，并提供所選擇子集所
需選用的命令。愛立信既提供上層協(xié)議，也協(xié)助開發(fā)人員開發(fā)OS和硬件適配層。
這樣安排的目的是讓設(shè)計人員能夠在開發(fā)具有特點的應(yīng)用工作主集中精力，當然
這些應(yīng)用是以協(xié)議作為基礎(chǔ)的。而藍牙的軟件協(xié)議棧則依賴第三方提供。
    當初為藍牙系統(tǒng)設(shè)想的目標是在達到生產(chǎn)階段后所增加的成本為20美元。進
一步集成可使成本降低到5美元左右。嵌入式藍牙系統(tǒng)是將RF和基帶部分做在一
塊芯片上。雖然芯片的價格有所上升，但是簡化了整機的裝配工作，降低了功率
消耗及管理費用。特別是上層軟件協(xié)議全部落在單一的芯片內(nèi)，藍牙系統(tǒng)自己不
需主機干預(yù)，就可以運行L2CAP和RFCOMM。此時主機的處理器如Pentium，可以處
于休眠狀態(tài)。對于主機來說，藍牙可以看作一個智能終端，通過UART、USB串接
接口相接。建立軟件協(xié)議集時所遇到的許多具體困難都可以避免了。如果產(chǎn)量能
夠超過500萬件，總的成本還可以大大降低。
    下一代單芯片藍牙器件的目標是特殊profile。Cambridge Silicon Radio公
司推出了兩種方案：Bluecore01和Bluecore02。芯片中包括頻率合成器、AGC和通
道濾波器等RF部件，以及基帶部分的16位微控制器，UART接口等，并裝有L2CAP、
RFCOMM和SDP等藍牙的上層協(xié)議。Bluecore01須外接快閃ROM。Bluecore02片上已
經(jīng)集成有ROM。在CeBIT2000展覽會上，Cambridge Sillcon Radio公司展出了用
Bluecore02芯片做成的藍牙系統(tǒng)，裝在筆記本電腦內(nèi)進行無線連接。該公司聲稱
成本可以降低至5美元，Bluecore03是針對具體應(yīng)用分別設(shè)計的，并提供專門的
profile。從CeBIT2000展覽會上還展出了許多其它應(yīng)用藍牙的電子產(chǎn)品，充分說
明當前藍牙技術(shù)已經(jīng)成熟。
    藍牙和電子產(chǎn)品融為一體
    進一步可以設(shè)計ASIC，將藍牙的基帶部分和電子產(chǎn)品的主機集成在一起，以
節(jié)約成本、縮小體積、減少功率消耗�？梢院虸C廠商協(xié)調(diào)，購買藍牙的IP，并將
它集成到生機的ASIC中去。這樣可以掌握所有的接口，控制應(yīng)用情況所需要的一
切特性。成本降低的程度取決于藍牙基帶線路在ASIC中所占的比重。如果藍牙只
占很小的一部分，藍牙幾乎不增加成本。如果ASIC幾乎全部為藍牙服務(wù)，則ASIC
的費用需要全部由游牙承擔(dān)，成本所降無幾。從長遠打算，藍牙的實現(xiàn)最終要走
自己開發(fā)IC的道路。這種方法通常歸結(jié)為COT（customer owned tooling）方法。
只有這樣才能將整個產(chǎn)品的成本降到最低，才能全面地控制接口和特性，實現(xiàn)最
低的功率消耗，才能對產(chǎn)品的體積、外形起最大的決定作用。但是這樣一來，開
發(fā)費用將十分巨大，而且要承擔(dān)風(fēng)險；需要有較長遠的規(guī)劃，需要增強開發(fā)能力。
            結(jié)語
    綜合上述情況，在電子產(chǎn)品中實現(xiàn)藍牙功能，可以有許多種方式。從整套外
購到局部或完全自主開發(fā)；在集成的深度方面，也有外購多種模塊，到單個芯片，
再到將藍牙系統(tǒng)融進主機的ASIC中去。在不同的發(fā)展階段顯示不同程度的利弊。
企業(yè)可以根據(jù)自身情況，產(chǎn)品情況，以及發(fā)展規(guī)劃妥善選擇。總的原則是，盡可
能使自己集中精力用在產(chǎn)品的應(yīng)用上，使產(chǎn)品能夠卓爾不凡，突顯特有的風(fēng)格；
其次，根據(jù)對產(chǎn)品特征、外形和成本需要達到的各項目標，選擇最佳的集成方案。

摘自《電子產(chǎn)品世界》