短距离线通信技术
设计题目
短距离线通信技术研究
院（系）名称
电子信息学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
设计成绩
目录
1 绪 2
11 概述 2
12 国外研究现状 4
2 短距离线通信技术标准 5
21 蓝牙技术 5
211 蓝牙技术典型应 5
212 蓝牙技术特点 6
213 结 7
22 IEEE80211 7
221 IEEE80211b 8
222 IEEE80211a 8
223 IEEE80211g 9
224 结 9
23 红外（IrDA） 10
24 HomeRF技术 10
25 ZigBee技术 11
251 ZigBee技术特点 11
252 结 12
26 超宽带技术（UWB） 12
261 UWB技术特点 13
262 结 14
27 通信标准较 14
3 射频技术基带技术 15
31 射频技术 15
311 概述 15
312 频带信道分配 16
313 发射机特性 16
314 接收机特性 18
32 基带技术 18
321 蓝牙时钟 19
322 蓝牙设备址 19
323 物理信道 20
324 跳频选择 21
325 逻辑传输 24
326 分组 24
4 模块设计 27
41 模块化设计思路 27
411 总体原 27
412 PCB工艺素 27
413 原理图设计 33
414 外接口定义封装 34
415 射频信号处理 35
416 拼板处理 35
42 CSR蓝牙芯片 36
421 BC01芯片 36
422 BC2系列芯片 36
423 BC3系列芯片 39
43 基BC2—EXTERNAL蓝牙模块设计(TTB102) 40
431 设计目标 40
432 外接口定义封装 40
433 原理图 41
434 PCB设计 42
435 测试 42
436 应 43
总结 45
参考文献 46
致谢 48
附录 原器件清单 49
附录二 系统电路原理图 50
附录三 系统电路PCB图 51
1 绪
11 概述
进入21世纪线通信技术正前未速度前发展现GSMNCDMA等技术正红红火火发展第三代移动通信系统(3G)已提议事日程快投入商技术实现远距离通信许没注意间屋方样需线通信出现外种需求：实现低价位低功耗代电缆短距离线通信希通型短距离线网络移动商业户提供种服务
短距离线通信作相较新技术市场应直备受业界关注1999年蓝牙标准横空出世开始技术观点认短距离线通信市场会出现爆发式增长十年事实证明蓝牙没进入快速发展阶段应停留高端手机线耳机意思作时期完成标准化技术IEEE 80211线局域网WiFi联盟强力推动空前推广着Intel迅驰技术道WiFiLogo已笔记电脑中处见
见种技术应推广技术身完善明确市场定位外国际产业联盟推动作非常巨蓝牙目前现状正产业联盟运作够成熟造成正WiFi成功先例现处技术标准化时期短距离线通信技术纷纷建立产业联盟方面推动高层协议规范化进开展设备认证互通测试方面积极进行市场宣传普产品商做准备
超宽带（UWB）作高速短距离线通信技术核心已家公认物理层标准尚处争阶段产业联盟进程非常快速目前UWB较明确市场包括家庭消费电子计算机周边设备移动通信终端家庭消费电子家电厂商传统势力范围着设备复杂性增加种样线缆越越成累赘数字电视机中心包括CDDVD播放设备音响设备数码相机数码摄机等等消费类电子产品间量数传输需UWB提供高速短距离线通信技术样情况出现计算机周边设备机显示器USB存储设备扫描仪投影仪等高速传输接口需线化需求更急迫Intel导Wireless USB正种高速应推动组织2005年初已公司展出基频带OFDM超宽带技术线USB控制器移动通信终端发展快领域着3G全面商终端存储容量处理力互通性求越越高UWB种高速短距离线通信蓝牙技术代然面着应场景种针应技术联盟积极开展研究测试面提Wireless USB外1394 Trade Association中国闪联工作组IGRS
方面低速短距离线通信代表技术ZigbeeZigbee联盟运作稳步发展2004年底Zigbee联盟发布第Zigbee网络协议规范确定Zigbee启动市场家庭控制建筑物动化工业动化中作家庭控制领域应协议描述（Application Profile）已制定完成领域应协议正制定中蓝牙协议制定九应协议描述出低速短距离线通信应前景非常广阔特续IEEE 802154a增加测距定位功市场范围进步扩
线通信需求越越种短距离线通信技术动化控制家庭信息化领域扮演越越重角色课题目前常新短距离线通信技术标准进行研究分析优缺点实现方法较技术异点讨选择技术时应注意问题选择蓝牙技术设计鼠标键盘USB适配器通信系统选择蓝牙技术目前较成熟短距离线通信技术中IrDA红外传输然效率较高穿透力差HomeRF技术实现复杂设备求高IEEE80211标准然应较广专数传输设计直接提供语音服务目前提供带宽较限相较蓝牙技术作种线数语音通信开放性全球规范低成距离线连接基础固定移动设备通信环境建立特连接时拥跳频更快数包更短等优点蓝牙系统更稳定蓝牙技术已广泛应计算机手机相机播放器印机等电子设备间数传输交换中蓝牙技术应前景十分广泛通蓝牙模块设计利理解线通信系统般特征学应线通信技术奠定基础具典型代表意义
12 国外研究现状
短距离线通信技术出现应较适应市场发展需求特两年惊速度发展种相关技术层出穷已医疗销售制造仓储运输会展金融型办公学校等许适合法布线场合需移动办公移动工作企事业单位行业系统初步应
短距离线通信技术目前中国尚处拓荒阶段国通信厂商短距离线通信标准化参停留研究踪阶段着国加入WTO种样知识产权纠纷接踵许组织机构公司已短距离线通信技术纳入研究视野
中国通信标准化协会（CCSA）线通信技术委员会第三工作组已开始超宽带技术进行课题研究输出相应研究报告领域RFIDZigbee应研究计划少高校公司研究机构积极参[15]
国际标准组织国少高校公司已成超宽带两阵营组织成员IEEE80215会议中国UWB坛北京邮电学等甚联合意利CreateNet公司IEEE802154a提交备选物理层方案说明国研究力量已开始短距离线通信领域转移相信未年国方面研究会更加深入富成效程度保护知识产权争取未技术标准竞争中位败位置
蓝牙技术作电子设备线互联廉价技术实现方式作现移动设备中型廉价短距离线数收发机蓝牙技术发展完善历较长时间程创立处起逐步完善发展技术标准优化扩应领域进步提高线通信性安全性
现蓝牙芯片价格已低5美元预期目标正逐步规模市场化运作特蓝牙耳机蓝牙适配器等产品市场化运作较成功蓝牙技术新发展机遇已基蓝牙芯片开发相应模块该技术应佳途径利提高效率降低成增加结构设计灵活性特模块已集成射频电路根解决模块应技术难题更利形成优势互补产业链推动蓝牙技术快速发展
2 短距离线通信技术标准
章介绍种常见新短距离线通信技术标准目前较广泛蓝牙IEEE80211红外HomeRFZigbeeUWB等传输技术进行阐述分析优缺点技术较
21 蓝牙技术
蓝牙种支持设备短距离通信（般10m）线电技术包括移动电话PDA线耳机笔记电脑相关外设等众设备间进行线信息交换利蓝芽技术够效简化移动通信终端设备间通信够成功简化设备特网Internet间通信数传输变更加迅速高效线通信拓宽道路蓝牙采分散式网络结构快跳频短包技术支持点点点点通信工作全球通24GHz ISM（工业科学医学）频段数速率1Mbps采时分双工传输方案实现全双工传输
211 蓝牙技术典型应
蓝牙技术适三方面短距离线连接：
（1）数语音接入点
（2）代电线电缆
（3）包含硬件软件互操作需求种固定中心站网络
蓝牙技术种典型应
（1）三合电话蓝芽技术部移动电话手机种场合：办公室里部手机部电话计电话费家里绳电话计固定电话费出门外部移动电话移动电话话费订费
（2）特网桥蓝芽技术便携式电脑方通移动电话手机进入特网时特网浪
（3）交互性会议会议中蓝芽技术迅速信息通电脑手机PDA等供会者享
（4）房门公文包笔记电脑皮包里时收外电子邮件户移动电话会发出声音提醒户电脑收电子邮件时户开电脑手机浏览收电子邮件
（5）数字相机中图线传输蓝芽技术数字相机中图发送数字相机者PC机PDA等
（6）种家设备遥控组成家电网络
212 蓝牙技术特点
蓝牙技术标准历断完善发展程蓝牙国际组织—特殊利益集团(SIG)制订版蓝牙标准区分蓝牙产品首先应该关注该产品符合技术版蓝牙技术标准制订时间序[1]：
(1) 2004年11月4日20+EDR版标准
(2) 2003年11月5日12版标准
(3) 2001年2月22日11版标准
(4) 1999年12月l日l0b版标准
(5) 1999年7月26日10a版标准第外公布标准
(6) 1999年7月5日10版标准草案
(7) 1999年4月30日09版标准
(8) 1999年l月21日08版标准
(9) 1998年10月19日07版标准
文蓝牙标准12版准
蓝牙技术采1600hpos跳频扩频通信技术特殊模式支持3200hpos跳频速率引入电路交换分组交换方式实现时承载数语音业务支持种功耗模式适合应电池供电数字设备12版蓝牙技术参数表21
表21 12版蓝牙基技术参数
工作频段
2402MHz~2480MHz
双工方式
TDD（时分双工）
调制技术
GFSK（高斯频移键控）
业务类型
电路交换分组交换
调频速率
1600hpos
工作模式
PARK（休眠）HOLD（保持）SNIFF（呼吸）
连接方式
面连接方式SCO面连接ACL
纠错方式
13FEC23FECARQ
信道加密
0位40位60位加密字符
语音编码
CVSD
通信距离
10m者100m
213 结
综述蓝牙技术种全球统标准互操作强体积工作频段受限制需电缆连接线网络新产品特适短距离移动传输类家电信息产品需花美元连接成网嵌入蓝牙模块成高甚希低电缆连接头希种理想快实现产品快问世蓝牙技术作种综合性强高科技通信产品种高科技新技术样研发生产样存风险技术越高投资必越风险越高应该蓝牙特点优点蓝牙问题成熟度
22 IEEE80211
表22 80211特性说明
特性
说明
物理层
频段
速率
安全
吞吐量
范围
优点
缺点
直序扩频(DSSS) 调频扩频(FHSS) 红外(IR)
24GHz(ISM频段80211b80211g)5Ghz(80211a)
11Mbps2Mbps55Mbps(80211b) 55M(80211a80211g)
基RC4流加密算法限密钥理
11M(80211b) 54M(80211a80211g)
室100米室外300米左右
需布线灵活方便产品已成熟价格已降
安全方便吞吐量会着户增距离加降
IEEE80211美国电气电子工程师协会IEEE（Institute for Electrical and Electronic Engineers）解决线网路设备互连1997年6月制定发布线局域网标准
IEEE80211标准定义单MAC层样物理层物理层标准IEEE80211bag
221 IEEE80211b
1999年9月正式通IEEE80211b标准IEEE80211协议标准扩展支持高11Mbps数速率运行24GHzISM频段采调制技术CCK着户断增长数速率求CCK调制方式种合适方法直接序列扩频技术说取较高数速率达扩频目选取码片速率更高现码片说较困难接收端RAKE接收机说高速数速率情况达良时间分集效果求RAKE接收机更复杂结构硬件易实现
222 IEEE80211a
IEEE80211a工作5GHz频段OFDM调制技术支持54Mbps传输速率80211a80211b两标准存着优缺点80211b优势价格低廉速率较低（高11Mbps）80211a优势传输速率快（高54Mbps）受干扰少价格相较高外11a11b工作频段工作AP网络里11a11b互兼容
223 IEEE80211g
解决述问题进步推动线局域网发展2003年7月80211工作组批准80211g标准该草案前80211协议标准相两特点：24G频段OFDM调制技术数传输速率提高20MbpsIEEE80211g标准够80211bWIFI系统互相连通存AP网络里保障兼容性
224 结
技术性差异表23示：
表23 种80211 WLAN标准区
标准
频带(GHz)
物理层数速率(Mbits)
第三层数速率(Mbits)
传输技术
列标准兼容性
优点
缺点
80211
24
2
12
FHSSDSSS
较辐射范围
限特率
80211a
50
54
32
OFDM
非拥挤频段较高特率
80211标准族中辐射范围
80211b
24
11
6~7
DSSS
80211
应广泛较辐射范围
许现应需求说特率太低
80211g
24
54
32
OFDM
8021180211b
24GHz频带较高特率
存WLAN数目辐射范围80211a
80211IEEE制订第线局域网标准解决办公室局域网校园网中户户终端线接入业务限数访问速率高达2Mbits工作频带ISM频段标准制定物理层媒体接入控制(MAC)层规范
23 红外（IrDA）
红外线数协会IrDA（Infrared Data Association）成立1993年致力建立红外线线连接非营利组织起初采IrDA标准线设备仅1m范围1152kb／s速率传输数快发展4Mb／s速率速率达16Mb／s
IrDA种利红外线进行点点通信技术许第实现线局域网（PersonalAreaNetworkPAN）技术目前软硬件技术成熟型移动设备PDA手机广泛事实出厂PDA许手机笔记电脑印机等产品支持IrDA
IrDA优点需申请频率权红外通信成低廉具移动通信需体积功耗低连接方便简单易特点数传输率较高适传输容量文件媒体数外红外线发射角度较传输安全性高
IrDA足种视距传输2相互通信设备间必须准中间物体阻隔该技术2台（非台）设备间连接蓝牙没限制受墙壁阻隔IrDA目前研究方解决视距传输问题提高数传输率
24 HomeRF技术
HomeRF工作组美国家射频委员会领导1997年成立工作务家庭户建立具互操作性话音数通信网
家庭射频（HomeRF）标准HomeRF工作组开发旨家庭范围计算机电子设备间实现线通信开放性工业标准HomeRFIEEE80211DECT结合种技术降低语音数成HomeRF采扩频技术工作24GHz频带步支持4条高质量语音信道HomeRF传输速率1M～2MbpsHomeRF技术没完全公开目前十家企业支持抗干扰等方面相应技术言尚欠缺应前景十分明朗
HomeRF现线通信标准综合改进：进行数通信时采IEEE80211规范中TCPIP传输协议进行语音通信时采数字增强型绳通信标准该标准80211b兼容占80211bBluetooth相24GHz频率段应范围会局限性更家庭网络中
25 ZigBee技术
ZigBee种距离低复杂度低功耗低数速率低成双线通信技术适合动控制传感监控远程控制等领域嵌入种设备中时支持理定位功IEEE802154工作组定义种廉价供固定便携移动设备极低复杂度成功耗低速率线连接技术ZigBee联盟制定ZigBee标准时采IEEE802154作物理层媒体接入层规范基础ZigBee 联盟制定数链路层（DLL）网络层(NWK)应编程接口(API)规范负责高层应测试市场推广等方面工作
251 ZigBee技术特点
(1)复杂性
ZigBee协议栈简单实现相容易需系统资源较少估计运行ZigBee需系统资源约28KbZigBee定义两种类型设备：全功设备FFD(Full Functional Device）简化功设备RFD(Reduced Function Device)网络结构网络网络协调者(Coordinator)达65 535属设备网络协调者必须FFD负责理维护网络包括路安全性节点附着离开等网络需网络协调者终端设备RFDFFDRFD价格FFD 便宜占系统资源仅约4Kb网络整体成较低点说ZigBee非常适合量终端设备网络传感网络楼宇动化等
（2）性
信号线环境中传输必然存尺度衰落阴影衰落径干扰等问题ZigBee蓝牙WLAN(IEEE80211b)工作24GHzISM频段相互间干扰避免保证性尤重
ZigBee三工作频段：2402～2480GHz868～8686MHz902～928MHz27 信道信道接入方式采CSMACA效减少帧突抗干扰径ZigBee物理层采直接序列扩频DSSS频率捷变FA技术网络层ZigBee支持网状网存冗余路保证网络健壮性
（3）功耗
低功耗ZigBee重特征典型ZigBee传感网络中块普通碱性电池供ZigBee设备工作六月两年面讨ZigBee获低功耗方法
ZigBeeMAC 信道接入机制两种：信标（Beacon）模式信标模式
信标模式标准ALOHACSMACA 信道接入机制终端节点数收发时候网络会话余时间处休眠模式样均功耗非常低
信标模式终端设备信标广播时醒侦听址果没侦听址转入休眠状态信标簇形网络(Cluster tree network)网状网(Mesh network)节点步尤重节点长时间侦听信道消耗量
网络拓扑结构功率节省重关系星形簇形网络结构网状网结构更利功率节省前者终端节点充路器功收发数样节省更功率
252 结
ZigBee具功耗极低系统简单成低低等时间(Latency Time)低数速率性质非常适合量终端设备网络应领域：楼宇动化工业监视控制计算机外设互动玩具医疗设备消费性电子产品家庭动化传感网络
26 超宽带技术（UWB）
超宽带(UWB)着悠久发展历史1989年前超宽带术语常信号带宽频谱结构方面没明确规定1989年美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采超宽带术语规定：信号20dB处绝带宽15GHz相带宽（信号带宽中心频率）25该信号超宽带信号信号带宽中心频率1～25间宽带1窄带
探索UWB应民领域行性1998年起美国联邦通信委员会(FCC)开始产业界广泛征求意见美国NTIA等通信团体约提交800份意见书2002年2月FCC批准UWB技术进入民领域UWB进行重新定义规定UWB信号相带宽2010dB带宽500MHz线电信号
预见未年中UWB成线域网线家庭网络线传感器网络等短距离线网络中占导位物理层技术
261 UWB技术特点
(1)传输速率高空间容量
根仙农(Shannon)信道容量公式加性高斯白噪声(AWGN)信道中系统差错传输速率限：
中B(单位Hz)信道带宽SNR信噪UWB系统中信号带宽B高达500MHz~75GHz信噪SNR低UWB系统短距离实现百兆1Gbs传输速率例果7GHz带宽信噪低10dB理信道容量达1GbsUWB技术应短距离高速传输场合(高速WPAN)非常合适极提高空间容量理研究表明基UWBWPAN达空间容量目前WLAN标准IEEE80211a高出1～2数量级
(2)适合短距离通信
FCC规定UWB系统辐射功率非常限31GHz~106GHz频段总辐射功率仅055mW远低传统窄带系统着传输距离增加信号功率断衰减接收信噪表示成传输距离函数(d)根仙农公式信道容量表示成距离函数：
外超宽带信号具极丰富频率成分众周知线信道频段表现出衰落特性着传输距离增加高频信号衰落极快导致UWB信号产生失真严重影响系统性
(3)具良存性保密性
UWB系统辐射谱密度极低(413dBmMHz)传统窄带系统讲UWB信号谱密度甚低背景噪声电UWB信号窄带系统干扰视作宽带白噪声UWB系统传统窄带系统着良存性提高日益紧张线频谱资源利率非常利时极低辐射谱密度UWB信号具强隐蔽性难截获提高通信保密性非常利
(4)径分辨力强定位精度高
UWB信号采持续时间极短窄脉时间空间分辨力强UWB信号径分辨率极高极高径分辨力赋予UWB信号高精度测距定位力线信道时间选择性频率选择性制约线通信系统性关键素
窄带系统中分辨径导致衰落UWB信号分开利分集接收技术进行合UWB系统具强抗衰落力UWB信号极高径分辨力导致信号量产生严重时间弥散(频率选择性衰落)接收机必须通牺牲复杂度(增加分集重数)捕获足够信号量接收机设计提出严峻挑战实际UWB系统设计中必须折衷考虑信号带宽接收机复杂度理想性价
(5)体积功耗低
传统UWB技术需正弦载波数调制纳秒级亚纳秒级基带窄脉传输接收机利相关器直接完成信号检测收发信机需复杂载频调制解调电路滤波器降低系统复杂度减收发信机体积功耗
262 结
UWB传输速率快体积功耗低尤精度高保密性UWB技术直军方作战技术UWB具巨传输速率优势时受发射功率限制短距离范围提供高速线数传输UWB重应领域前WLANWPAN种应
27 通信标准较
通种短距离线通信技术标准研究较选择蓝牙技术设计鼠标键盘USB适配器通信系统选择蓝牙技术目前较成熟短距离线通信技术中IrDA红外传输然效率较高穿透力差HomeRF技术实现复杂设备求高IEEE80211标准然应较广专数传输设计直接提供语音服务目前提供带宽较限相较蓝牙技术作种线数语音通信开放性全球规范低成距离线连接基础固定移动设备通信环境建立特连接时拥跳频更快数包更短等优点蓝牙系统更稳定蓝牙技术已广泛应计算机手机相机播放器印机等电子设备间数传输交换中蓝牙技术应前景十分广泛
3 射频技术基带技术
射频(Radio Frequency)技术基带(Baseband)技术蓝牙技术基础核心正确理解掌握射频技术基带技术应该技术前提蓝牙技术研发生产程中重容—射频测试完全符合该射频技术标准基带技术定义信道控制分组格式纠检错机制跳频选择安全技术等容
31 射频技术
311 概述
射频技术完成功
(1) 工作频段设备兼容
(2) 确保QoS[3]
蓝牙工作需申请24GHz ISM(工业科学医疗)频段采跳频收发信机减干扰衰减采二进制FM调制降低收发信机复杂度采TDD全双工方案实现数语音实时通信
312 频带信道分配
蓝牙工作24GHzISM频段该频段范围240024835MHz蓝牙技术间隔1MHz79射频信道表31示低端高端保护频带分2MHz35MHz
表31 蓝牙射频信道[4]
ISM频带
蓝牙射频信道
240024835MHz
F2402+k MHz k01……78
313 发射机特性
1发射功率
区分蓝牙设备首先应该确定该设备发射功率等级功率等级需射频解决方案根天线连接处测发射功率蓝牙设备分三类表32示
表32 蓝牙设备功率分类[5]
CLASS
输出功率
（Pmax）
典型输出功率
（Pnom）
输出功率
（Pmin）
1
100mW(20dBm)
NA
1Mw(0dBm)
2
25mW(4dBm)
1mW(0dBm)
025mW(6Bm)
3
1mW(0dBm)
NA
NA
时通信距离表述功率输出等级100m通信距离表示Class
1蓝牙设备10m通信距离表示Class 2蓝牙设备般蓝牙耳机蓝牙鼠标蓝牙车载免提等设备需Class 2功率水蓝牙USB适配器设计Class1者Class 2功率水视应场合定功率等级蓝牙设备间通信出现法预料问题Class 1设备必需实施功率控制发射功率4Bdm根实时测量接收信号强度指示(RSSI)数较功率控制表通知方降低者增加发射功率功率控制优化功率消耗水降低相互干扰发射功率低4dBmClass 2设备选择实施功率控制样优化功率消耗水降低干扰然采取功率控制连接状态寻呼查询等状态Class 1Class 2蓝牙设备间通信Class 1发射功率距离太Class 2设备法正常接收数种情况应Class 1设备功率水控制Class 2水点蓝牙技术开发程调试程中必须关注问题旦引入功率控制机制蓝牙技术开发应时需定制功率控制表系统提供步进规律系统读取RSSI值根该表通知方加者降低发射功率步进值等蓝牙技术功率表步进值明确规定8dB2dB
2．调制特性
蓝牙采GFSK(高斯频移键控)调制技术调制系数位028035间
采1600hposo625ms时间段位频点正频偏代表逻辑1负
频偏代表逻辑O实现频移键控技术蓝牙RF中重测试指标频率偏移
范围图3l示GFSK眼图参数横轴时间轴频率Transmit Frequency Ft(载波)表示1600hpos某跳频点fd标志逻辑1者0频率偏移Zero Crossing表示零点位置图31点：
(1) 保证Transmit Frequency Ft(载波)稳定度该稳定度两指标
(a)Initial Carrier Frequency孔Tolerance表示系统发送数分组时载波稳定度求士75KHz
(b)Carrier Frequency Drift表示发送数分组时隙载波漂移根分组长度求具体参数表33
(2) fd正常范围145KHz~175KHz
(3) Zero Crossing error低18符号周期
表33 Carrier Frequency Drift
图31 GFSK参数
3．杂散功率
蓝牙技术射频信号带外噪声明确规定理求载波频点应该发射频点工程法实现纯粹载波频率信号包含频段信号该频段信号附信道特性产生影响蓝牙系统该干扰信号进行参数限制首先20dBm频带范围功率值频点分两端频谱走减20dBm确定两频点位置求计算该两点间隔1 MHz次绝功率水明确定义发射载波偏移2MHz信号功率低20dBm偏移等3MHz信号功率低40dBm
314 接收机特性
蓝牙系统接收机灵敏度电70 dBm保证BER≤01接收机特性抗干扰性抑制频带外噪声互调特性三方面考虑分通Sensitivityone slot packets(单时隙灵敏度)Sensitivity multislot packet(时隙灵敏度)Blocking Performance(抑制带外噪声性)Intermodulation Performance(互调特性)等项目测试否满足BER≤01
32 基带技术
蓝牙技术支持点点点点连接点点连接时两设备分享物理信道点点连接时设备七设备形成匹克网(Piconet)设备分享物理信道设备控制理物理信道匹克网组成散射网(Scatternet)匹克网部设备然享物理信道蓝牙技术支持空中基带数分组格式图32该分组分三部分包括Acess Code(识码)Header(分组头)Payload(负载)
图32 基带数分组格式
321 蓝牙时钟
蓝牙时钟稳定度精度系统正确运行关重直接影响射频性需出产蓝牙产品进行时钟校准通调节Pskey中Trim值调整时钟测试流程中会操作校准蓝牙时钟蓝牙设备时钟该时钟受外部素影响实现蓝牙设备保持时钟步需时钟基础加实时偏移(Offset)蓝牙时钟采28位计数器实现计数周期位3125 u s3 2KHz时蓝牙时钟计数器关键位变化蓝牙系统产生影响：CLKoCLK1 CLK2 CLK12分应3125us625us125ms128s蓝牙时钟计数器图33示
图33 蓝牙时钟计数器
322 蓝牙设备址
蓝牙设备需分配48 bits蓝牙设备址（BD_ADDR）图34蓝牙址格式包括LAP UAPNAP三部分LAP称低位址长度24bits UAP称高位址长度8bits NAP称意义址长度16bits o 24bits LAP称公司分配号(Company_ assigned) UAPNAP合起总24bits称公司ID (Company_id ) [7]
图34 蓝牙址格式
蓝牙设备址段需IEEE Registration Authority注册申请(wwwieeeorg)中三字节公司C Companyd)IEEE统分配理三字节公司分配号(Company_ assigned)蓝牙设备生产厂商行分配蓝牙设备制造商需IEEE申请24bitsCompanyd然行分配低端24bits样道理根蓝牙址中Company—d识该设备制造商wwwieeeorg网站查出应Company—d公司名称支付定费申请Company—d16000000蓝牙设备址分配注意蓝牙设备保留64LAP址查询操作蓝牙设备址分配该LAP址段0x9E8B00～0x9E8B3F
323 物理信道
伪机跳频序列标志蓝牙物理信道跳频序列蓝牙址UAPLAP决定序列相位蓝牙时钟决定物理信道分成时隙单位时间段跳频选择核(Selection Box)决定某时隙处频点位置连接状态跳频速率1600hpos查询(Inquiry)寻呼(Page)子状态跳频速率3200hpos蓝牙物理信道：
(1) 基匹克网物理信道
(2) 适应匹克网物理信道
(3) 寻呼扫描物理信道
(4) 查询扫描物理信道
蓝牙设备处连接状态时缺省(1)基匹克网物理信道信道条件致情况(2)适应匹克网物理信道基匹克网物理信道蓝牙设备决定蓝牙址时钟决定伪机跳频序列跳频规律通轮询方案实现匹克网物理信道流量控制蓝牙设备指通发起寻呼请求成功建立连接设备蓝牙设备指连接设备连接建立角色样交换基匹克网物理信道时间分成625 u s长度时隙TDD方式实现设备间通信图35设备间采TDD方式时隙分组通信
图35 设备间时隙分组通信
适应匹克网物理信道适应跳频选择序列跳某物理信道条件较差射频信道利增加线通信性兼容性适应物理信道少20射频信道基匹克网物理信道两点
(1) 时隙先前时隙相射频信道图36示
(2) 少79射频信道
图36 时隙前时隙相RF信道
324 跳频选择
蓝牙设备跳频选择核(Selection Box)产生六种伪机跳频序列五种基跳频序列种适应跳频序列(AFH )序列类型
(1) 寻呼跳频序列(Page)
(2) 寻呼响应跳频序列(Page Response)
(3) 查询跳频序列(Inquiry )
(4) 查询响应跳频序列(Inquiry Response)
(5) 基信道跳频序列(Basic)
(6) 适应信道跳频序列(AFH )
1．通选择框图(Selection Box)
图37跳频选择方案框图输入参数决定信道系数输入参数包括27bits蓝牙时钟28bits UAPLAP ( LAPUAP低4bits) frozen clock NKoffsetsequence selection(序列类型)AFH channel map(适应跳频图案)
图37 跳频图案选择框图
2．基跳频序列选择核
图38基跳频图案选择核寻呼(Page)寻呼响应(Page Response)查询(Inquiry)查询响应(Inquiry Response)基(Basic)跳频序列选择核输入参数X Y1 Y2 A B C D E FX输入决定跳频序列相位Y1Y2选择时隙AD决定段序(79跳频点分成犯点组成段)EF决定跳频序列跳频点应关系选择核次ADD(加法器) XOR(异器) PERM5(蝶行序列运算)ADD(加法器)组成中加法器两数相加模32(第加法器)者79(第二加法器)异操作应位进行异PERMS图39示Z4Z0代表图中PERMS左边XOR 5bits输入中Z0表示低位P13P9代表图中PERMS部CY1 XOR产生5bits数P8P0代表图中PERMS部9bits D输入图中单蝶行运算图310示两选择器组成两输入两输出控制P0时输出等输入P1时输出输入反X Y1等参数跳频图案选择框图输入参数产生例连接状态时X蓝牙时钟第26位参数类
图38 基跳频图案选择核[8]
图39 PERMS运算
图310 蝶行运算
3．适应跳频选择核
适应跳频选择核基基跳频选择核AFH_channel_map(适应跳频图案)输入参数基跳频序列选择核相选择参数AFH_channel_map指示射频信道射频信道适应跳频选择射频信道少79少20适应跳频图案选择先通基跳频选择核产生射频信道选择参数较AFH_channel_map否果该射频信道否通适应跳频选择算法重新选择新射频信道
325 逻辑传输
蓝牙设备间建立类型逻辑传输链路总五种类型逻辑传输
(1) 面步连接(SCO)逻辑传输
(2) 扩展面步连接(eSCO)逻辑传输
(3) 面异步连接(ACL)逻辑传输
(4) 活动设备广播(ASB)逻辑传输
(5) 休眠设备广播(PSB)逻辑传输
SCO逻辑传输匹克网中点点逻辑传输般语音步数等延时严格限制业务设备通保留时隙保持SCOeSCO逻辑传输具保留时隙保留时隙设立重传窗口加强性
ACL逻辑传输样设备间建立点点逻辑传输非保留时隙设备设备建立ACL逻辑传输
ASB逻辑传输设备活动设备进行通信PSB逻辑传输设备休眠设备进行通信
326 分组
蓝牙基带分组通格式图311示分三部分：Acess Code(识码)Header(分组头)Payload(负载)左边低位(LSB)右边高位(MSB)低位特先发送Access Code长度72bitsHeader长度54bitsPayload长达2745bits部分分组Access Code分组长度68bits
图311 基带分组通格蓝牙式
面步连接(SCO)逻辑传输NULLPOLLFHSDM1HV1HV2HV3DV分组扩展面步连接(eSCO)逻辑传输NULLPOLLEV3EV4EV5分组面异步连接(ACL)逻辑传输NULLPOLLFHSDM1DH1DH3DH5DM1DM3DM5AUX1分组IDNULLPOLLFH5链路控制分组该类分组统计信息表34示DM1DH1DH3DH5DM1DM3DM5AUX1ACL分组该类分组统计信息表35示HV 1HV2HV3EV3EV4EV5步语音分组该类分组统计信息表36示ID分组没负载查询操作NULL分组没负载返回ARAN(确认)信息POLL分组没负载轮询蓝牙设备FHS分组链路建立程中传递设备跳频步信息
表34 链路控制分组
表35 步语音分组
表36 ACL分组
4 模块设计
蓝牙模块蓝牙芯片通外围电路集成块电路板化电路板尺寸佳化外接口定义封装完成射频电路设计测试工作章涉蓝牙模块化设计思路基BC2EXTERNAL蓝牙芯片TTB102蓝牙模块设计
41 模块化设计思路
411 总体原
采模块化设计思路蓝牙技术开发佳途径选择适合蓝牙芯片基础需确定电路板设计方法测试方法方面蓝牙模块24GHz射频模块方面蓝牙模块具通性需求蓝牙鼠标蓝牙耳机蓝牙USB适配器等蓝牙设备采外围电路蓝牙模块集成蓝牙芯片外围通电路完成部分射频电路设计测试蓝牙模块设计总体原
(1) 正确选择蓝牙芯片型号封装
(2) 针蓝牙芯片BGA封装根PCB厂加工工艺水确定合适BGA线方案
(3) 根PCB厂工艺水确定模块叠层结构工艺参数等
(4) 确定具化兼容性原理图设计
(5) 定义佳外接口封装结构
(6) 优化射频电路处理
412 PCB工艺素
选择合适PCB加工工艺水非常重紧密结合模块加工工艺求PCB厂工艺水量希出现模块设计超出PCB厂加工力者选择较高工艺水导致太高加工成
1叠层结构
模块设计需选择电路板叠层结构般确定四层板
(1) 顶层放置元器件走线
(2) 中间层层
(3) 中间二层电源层
(4) 底层放置组件走线模块外封装
2BGA走线方案
确定CSR公司生产蓝牙芯片该芯片BGA封装需确定佳BGA走线方案图41示BGA封装结构部分引脚走线较困难中A1等外边引脚外边引线C3 C4等边引脚BGA部空闲处孔引线唯B2 B3等中间引脚需特殊引线方案该引线方案焊盘中心间距PCB工艺水紧密联系
图41 BGA封装结构
基采三种方案引线种顶层BGA焊盘间引出该方法方面取决焊盘中心距求少065mm方面容量限法全部部引脚引出第二种通顶层四BGA焊盘中心位置机械孔底层底层走线该方案样取决BGA封装焊盘中心间距求少065mm第三种方案BGA焊盘直接激光盲孔第二层层0lmm孔孔焊盘03mm时适增B GA焊盘尺寸然激光孔穿透力限第二层然第二层走线安全处机械通孔顶层者底层走线然PCB加工时需01 mm盲孔堵方便焊接
（1）焊盘间引线
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC212015BDN065mm焊盘中心间距部分引脚通该方案引线安全处方案需计算芯片引脚中心间距参考PCB加工工艺力包括线宽线间距等图42顶层BGA焊盘间引线示意图假设该BGA芯片065mm引脚间距采01 mm线宽引线引线焊盘边距0125mm符合PCB厂01 mm线间距加工工艺水
图42 顶层BGA焊盘间引线
（2）四焊盘中心孔
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC212015BDN065mm引脚间距部分引脚通该方案引线安全处图43示BGA封装四焊盘焊盘A1B1中心距离065mm处角线焊盘A1B2中心距离09191mm盘B2连线位四焊盘中心位置0204mm孔02mm机械孔04mm盘底层走线孔盘周边焊盘边距010955mm符合PCB厂0lmm线间距加工工艺水事实够采(1)方案般采(2)方案两种方案联合增加电路板设计灵活性TTB 102蓝牙模块时采(1)(2)两种方案
图43 四焊盘中心孔
（3）焊盘孔
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC213159A05mm引脚间距采直接BGA焊盘激光盲孔第二层引线PCB厂加工工艺水限制继续采(1)(2)述方式走线孔盘B GA盘边距太机械孔工艺水图示直接盘B2激光孔第二层该孔尺寸0103 mm然第二层走线安全方机械孔顶层者底层焊盘尺寸设035mm种方案区(1)(2)第二层走线TTB 103蓝牙模块采方案
图44 焊盘孔引线
3PCB工艺参数
确定PCB工艺参数设计蓝牙射频模块重组成部分模块PCB设计方法信息相关直接关系模块射频性安装水规模生产行性等方面TTB102蓝牙模块PCB工艺参数部分
(1) 基工艺参数表41
表41 TTB102J基参数
中PCB尺寸求严格保证+―01mm误差范围蓝牙模块需通测试测试需定制特定测试制具模块进行定位模块实际尺寸太采边界定位电路板尺寸误差严格限制
(2) 阻焊层(Mask)参数表42
表42 阻焊层参数
(3) 丝印层(Silk)参数表43
表43 丝印层参数
(4) PCB叠层参数表44
表44 PCB叠层参数
(5) PCB加工Geber文件电路板应关系表45
表45 PCB加工Gerber文件层应关系
(6) PCB加工Drill(钻孔)文件表46
表46 PCB加工Drill文件
413 原理图设计
蓝牙模块功设计首先完成原理图设计然模块化设计需通设计难度较电路置模块定制外标准化接口模块作独立元件表面贴装板蓝牙模块原理图般方面组成：
(1)蓝牙芯片电路
蓝牙芯片模块中心电路围绕该芯片设计布局走线选择合适蓝牙芯片确定芯片引脚功连接方式特注意电源引脚连接方式
(2)存储器电路
某蓝牙芯片需外挂8Mbits Flash例CSR蓝牙芯片BCZ12015BDN需确定Flash蓝牙芯片连接Flash电源信号连接Flash否具换性
(3)时钟电路
般蓝牙芯片需外接晶体相较简单需连接线
(4)电源电路
模块需外部供电模块般集成直流电压转换芯片33V转换18V等需考虑电源芯片输出功率否满足负荷求时针应果电池供电情况需选择DC心C电压转换芯片否采LDO前者较者更高转换效率
(5)射频前端短路
基选择蓝牙模块设计相应射频前端电路特针Class 1蓝牙模块前端电路设计较复杂需较高射频处理验包括射频功放射频开关滤波器匹配等电路设计Class 2蓝牙模块射频前端电路相简单需蓝牙芯片基础连接匹配电路祸合电路滤波器电路等时需模块设计屏蔽罩减干扰
(6)电路兼容性
进步降低开发成优化调试功需某电路增加兼容性考虑首先CSR推出蓝牙芯片部分功引脚定义具定兼容性采块PCB兼容蓝牙芯片蓝牙模块射频性量减少重复设计次数例BC2AUDIOBC3ROM具定兼容性原理图设计时需引脚做相应处理处理集中电源引脚引脚设计模块化电源佳兼容性方案次针某元器件考虑存储器电源芯片缺货停产价格涨等素预留定代空间需设计原理图时代芯片做详细分析
(7)接口电路
接口电路蓝牙模块外接口RFUSBSPIDARTPCB等接口全部引出必须针外围电路特点蓝牙芯片引脚功定义接口序
414 外接口定义封装
蓝牙模块需引出外接口端口
(1)USB接口：引脚USB D+USB D
(2)UART接口：引脚DART_RXUART_TXDART_CTSDART_RTS
(3)PCM接口：引脚PCM_SYNC PCM_IN PCM_OUTPCM_CLK
(4)SPI接口：引脚SPI_CLK SPI_MISO SPI_MOSI SPI_CSB
(5)AIO接口：AIO[0]AIO[1]
(6)PIO接口：PIO[0]PIO[1]PIO[2]PIO[3]PIO[4]PIO[s]PIO[6]PIO[7]PIO[8]PIO[9]PIO[10]PIO[11]
(7)引脚RESET
(8)RF天线接口
(9)电源接口：33V18V
(10)线：GND
根模块尺寸布局般两种封装结构：
(1)底层左右两列接口封装图45（a）TTB102蓝牙模块采方式
(2)底层四周接口封装图45（b）TTB103蓝牙模块采方式
图45 模块外接口封装
考虑模块测试制具设计封装结构中外接焊盘焊盘中心间距限制保证现测试探针适时探测射频信号探针区般信号探针该探针射频轴电缆探针射频信号探针外包围圆形线探圈设计射频探测焊盘时需设计射频信号盘圆形焊盘时考虑射频探针尺寸较必须考虑否占旁边放置信号探针垂直空间果该法探测引脚定义引脚蓝牙模块终需板连接连接焊盘设计成样第种焊盘完全位底层时紧模块板边种第种基础焊盘延伸电路板侧面通焊盘设计孔该孔连接外接焊盘时焊盘中心作电路板边界线
415 射频信号处理
射频信号优劣直接影响模块通信距离必须保证射频性性致性方面确定原理图设计基础需严格控制元器件件精度参数射频芯片性基生产厂商保证电感电容电阻精度方面佳化布局射频元器件某匹配电路量形成空间称射频信号走线量短通调整线宽保证该传输线50阻抗值电路板叠层结构材料铜箔厚度等确定射频走线长度轻易改变计算2400MHZ信号保证50阻抗值应线宽采该线宽设计射频走线终PCB加工时然细微调节线宽保证50阻抗值
416 拼板处理
蓝牙模块实际尺寸较需进行拼板处理加工电路板时块模块合起加工起贴片极提高生产效率
拼板时需注意点：
(1)拼板实际尺寸贴片机承受宽度
(2)选择定模块连接方式四边中心建立邮票孔连接
(3)设计Marker点贴片机定位
(4)注意拼板电路板强度
42 CSR蓝牙芯片
CSR公司生产蓝牙芯片BC01BC2BC3三系列中BC01已生产BC2流蓝牙芯片BC3逐步推出图46 CSR蓝牙芯片系列展示设计蓝牙模块应蓝牙技术首先需选择恰蓝牙芯片需CSR公司蓝牙芯片进行仔细分析
图46 CSR蓝牙芯片系列展示
421 BC01芯片
BC01CSR公司推出第块蓝牙芯片业界推出第片真真单芯片蓝牙方案采CMOS技术集成射频基带技术符合蓝牙11版标准8mm x 8mm 81bal1 BGA适合PC移动电话PDA等集成蓝牙技术该芯片现停产
422 BC2系列芯片
1BC2—EXTERNAL
BC2—EXTERNALBC2系列中重芯片具强通性符合蓝牙11者蓝牙12版标准BC2系列中该芯片支持蓝牙12版标准该版标准支持AFH适合802lbl更存适合PCPDA鼠标等PC外设等集成蓝牙技术
该芯片需外接8MbitFlash具继续升级行性96引脚BGA封装6 x 6mm8 x 8mm10 x 10mm三种封装尺寸采018 um CMOS技术单片集成射频基带技术TTB102蓝牙模块采8 x 8mmBC2—EXTERNAL图47BC2—EXTERNAL系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口Flash接口中IO接口SPIUARTUSBPIOPCM[11]
图47 BC2EXTERNAL系列结构
2BC2—FLASHBC2—AUDIO
BC2—FLASHBC2—AUDIO符合蓝牙11版标准具相封装结构引脚定义两者芯片部集成4Mbit存储器BC2—FLASH集成Flash重复载程序BC2—AUDIO集成ROM芯片厂商进行次程序载开发阶段BC2—FLASH具较灵活性行性等软硬件完全成熟样软硬件环境BC2FLASH代BC2—AUDIO事实BC2—AUDIO较BC2—FLASH较成优势规模生产阶段理成章选择该芯片
BC2—FLASHBC2—AUDIO流应蓝牙耳机然PDA鼠标键盘等微机外设该芯片较BC2—EXTERNAL集成存储器外集成单声道语音编解码器(Codec)直接支持模拟信号语音接口利进步增加集成度降低生产成时BC2—FALSHBC2AUDIO时集成Regulator(直流电源转换器)芯片部33v转18v较BC2—EXTERNAL较改进TTB103蓝牙模块BC2AUDIO开发蓝牙耳机
图48BC2—FLASHBC2—AUDIO系统结构包括RadioRAMDSPMCUCodecIO接口4Mbit存储器(BC2—FLASHFlashBC2—AUDIOROM)中IO接口SP1UARTUSBPIOPCMAudioInOut[12]
图48 BC2FLASHBC2AUDIO系列结构
3BC2—FLASHBC2—ROM
BC2—ROM集成射频基带技术单芯片蓝牙系统符合蓝牙11版标准封装功BC2FLASH相互兼容BC2FALSH集成语音编解码器BC2—ROM掉该部分适合BC2—FALSH软硬件环境样适合BC2—ROM电源等部分引脚设置细微差硬件设计程中设计独立电源模块增加兼容性开发阶段BC2—FLASH调试软硬件环境重复载应软件旦完全成熟必然采BC2—ROM降低成
BC2—ROM移动电话PDA鼠标键盘等微机外设集成蓝牙技术图49BC2—ROM系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口4MbitROM中IO接口SPIUARTSBPIOPCM等
图49 BC2ROM系列结构
423 BC3系列芯片
1BC3ROM
CSR公司推出款支持蓝牙12版标准ROM芯片BC2—ROM具软硬件兼容性系统结构BC2—ROM完全相图410示BC3—ROM系统结构[11]
图410 BC3ROM系列结构
2BC3MULTIMEDIA
BC3—MLJLTMIEDIA款CSR公司推出支持立体声处理单芯片蓝牙系统支持蓝牙12版标准集成Kalimba DSP立体声进行实时处理时集成8Mbti FLASHRegulator专门立体声耳机汽车免提系统等语音处理力求较高应场合
图411BC3—MLJLTMIEDIA系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口8Mbit Flash中IO接口SPIUARTSBPIOPCMAudio InOut等
图411 BC3MULTIMEDIA系列结构
43 基BC2—EXTERNAL蓝牙模块设计(TTB102)
431 设计目标
选择8 x 8mm BC2—EXTERNAL核心设计模块定名TTB102蓝牙芯片外接口包括PCMPIOSPIAIORESETUARTUSB射频前端电路天线接口引出采四层电路板设计顶层放置元件第二层层第三层电源层底层定义外接口封装特需设计射频测试盘结构该模块蓝牙鼠标蓝牙键盘蓝牙USB适配器TTB102Class 2蓝牙模块标称10m通信距离需通蓝牙测试仪(Anrtiius：MT8852A)测试射频性采专门设计测试制具连接蓝牙模块测试仪器通蓝牙RF测试标准定义测试项目
432 外接口定义封装
TTB102蓝牙模块采电路板底层双列边缘封装接口定义封装尺寸图412示
图412 TTB102蓝牙模块外接口定义封装
433 原理图
TTB 102蓝牙模块系统结构图413示该蓝牙模块基电阻电容电感芯片BC212015BDNTN425820AM29LV800DXC6204HHM1517 MDR771F模块外部接口包括蓝牙外接口天线接口电源接口XC6204承担蓝牙芯片存储器Balun等供电外接口设计1V8具双重意义方面外供1V8电方面模块外部电路模块供电防XC6204出现异常图414TTB 102蓝牙模块原理图
图413 TTB102蓝牙模块系统结构
434 PCB设计
TTB 102蓝牙模块叠层结构
(1)顶层放置元件走线图414（a）示
(2)第二层线层面积接图414（b）该图展示反信息颜色覆盖方表示没铜没颜色方表示面积盘
(3)第三层电源层面积独立电源模块图414（c）示该图第二层类似展示反信息图中三块独立电源模块分边18V电源模块部33 V电源模块中间VMEM电源模块中VMEM实际电压33 V通0电阻连接3 3V达Flash独立供电设计
(4)底层放置元件走线否该模块法表贴电路板图414（d）示板两侧边定义两列外接口
图414 TTB102蓝牙模块电路板层走线
435 测试
蓝牙模块测试指射频测试采仪器MT8852A通特制模块制具连接模块RF接口测试仪器连接方式图417示模块出厂前需通射频测试
图415 蓝牙模块测试系统
首先通HCI指令测蓝牙设备置测试状态指令包括：
(1)Set Event Mask Command该指令蓝牙设备置允许动建链状态
(2)write Inquiry Scan Activiy Command该指令设置蓝牙设备查询扫描窗口周期参数
(3)Write Page Scan Activiy Command该指令设置蓝牙设备寻呼扫描窗口周期参数
(4)Write Scan Enable Command该指令开启查询寻呼扫描状态没该指令测蓝牙设备法查询建链
(5)Enable Device Under Test Mode Command该指令测蓝牙设备置测试模式
然Anritsr提供Bluetest软件控制蓝牙测试仪MT8852a完成测蓝牙设备(EUT)测试该仪器提供测试项目规模生产时提高生产效率测试部分项目
(l)TRMCA01C(Outpout power)
(2)TRMCA08C(Initial Carrier)
(3)TRMCA09C(Carrier Drift)
(4)TRMCA07C(Modulation Characteristics)
(5)RCVCA01C(Single Slot Sensitivigy)
(6)RCVCA02C(Multi Slot Sensitivigy)
(7)RCVCA06C(Maximum Input Level)
436 应
图416 基TTB102蓝牙模块线鼠标系统结构
TTB102蓝牙模块蓝牙鼠标键盘USB适配器等支持蓝牙12版标准蓝牙鼠标应例需TTB102基础连接鼠标光学定位芯片键指示电路电源电路图418示基TTB102蓝牙模块线鼠标系统结构中ANDS—2030Agilent线鼠标光学定位芯片
总结
文首先现常新种线通信技术进行研究阐述通优缺点决定采蓝牙技术设计通信系统应文设计中外文分析基础基带技术射频技术研究设计应蓝牙技术前提续蓝牙技术开发奠定较基础更利充分理解蓝牙射频链路测试等容成蓝牙线通信教学实验系统教学容外理解掌握射频基带技术利理解线通信系统般特征学应线通信技术奠定基础具典型代表意义
文完成TTB102蓝牙模块设计工作TTB102基CSR蓝牙芯片BC21201B5DN设计该芯片CSR蓝牙芯片系列中具代表性具兼容性功强方案适合应蓝牙应领域然考虑蓝牙技术应成技难度般TTB102蓝牙模块蓝牙鼠标蓝牙键盘蓝牙USB适配器中蓝牙鼠标蓝牙USB适配器已产业化应
文蓝牙技术射频基带技术基础完成必蓝牙模块设计工作方面文中存许欠缺足工程设计缺少必理分析理没充分证蓝牙技术应设计需通规模生产考验
参考文献
[1]方旭明蓉等．短距离线移动通信网络．民邮电出版社20074．
[2]李新付楼义徐建良．线移动通信网．电子工业出版社200612．
[3]尹长川罗涛乐光新．载波宽带线通信技术．北京邮电学出版社20087．
[4]查光明熊贤祚．扩频通信．西安电子科技学出版社20068．
[5]伍疆罗常青晋艳伟．线网络传输系统设计．电子工业出版社2007．
[6]纪越峰．现代通信技术．北京邮电学出版社20091．
[7]马建仓罗亚军赵玉亭．蓝牙核心技术应．北京：科学出版社2006．
[8]严紫建刘元安．蓝牙技术北京邮电学出版社200512．
[9]卿斯汉．密码学计算机网络安全．北京 清华学出版社 2007．
[10]金纯 许光辰 孙睿．蓝牙技术．电子工业出版社20083．
[11]谢兴红林强吴雄英．单片机基础实践[M]．北京北京航空航天学出社2009．
[12]立民．单片机高级教程第1版．北京：北京航空航天学出版社20071023．
[13]洗富初陈永光．蓝牙系统简介应[J]．半导体技术201065．
[14]D G LeeperUltrawidebandthe next step in shortrange wireless 2003
IEEEMTTS International Microwave Symposium Digest June 2007
[15]Federal Communications CommissionRevision of part 15 of the Commission Rules Regarding UltraWideband Transmision Systems NPRM 00163May 102007
[16]Cassioli DWin M ZMolisch A FA Statistical Model for the USB Indoor ChannelVTC 2006
[17]CSRSingle Chip Bluetooth vl2 System Production Information Data sheet for BC358239A2005－9
[18] 李勤张浩军等线局域网安全协议研究实现计算机应2005
[19] 刘安线局域网（WLAN）原理技术应[M]陕西：西安电子科技学出版社200415
[20] 陈文周WiFi技术研究应[J]北京数通信2008(2)2124
[21] 冯博琴计算机网络通信[M]北京济科学出版社2001
[22]
[23] 孙宏杨义先线局域网协议8021安全性分析[J]电子学报200331(7)
[24] 段水福历晓华段炼线局域网（WLAN）设计实践[M]浙江学出版社2007
[25] 吴振网软件性工程框架干关键技术研究[D]北京北京邮电学2008
[26] 王群非常网——网络基础[M]北京民邮电出版社2006221223
[27] 衡友越李江华仲红等设计模式业务逻辑层中应[J]西安电子设计工程2009(17)78
[28] H3CWLAN集中式网络理技术手册[Z]杭州2008
[29] [美]莫里斯田斌等译线通信[M]电子工业出版社2008
[30] [美]Vito Amato 思科网络技术学院教程韩江等译[M]北京民邮电出版社2003
[31] [美]Christian Barnes线网络安全防护刘堃等译[M]北京机械工业出版社2003
[32] Wayne LewisPhDCCNA ExplorationLAN交换线[M]民邮电出版社2009(2)
[33] [美]拉帕波特线通信原理应(第二版)电子工业出版社2004
致谢
文鲁旭涛老师悉心指导完成次文完成程中始终受鲁老师支持帮助文选题文成稿凝聚着鲁老师心血关怀
回顾做毕业设计月通鲁老师提供资料耐心讲解整学四年学知识更深刻认识课题研究等专业方面力提高更加解学专业知识实践应方面发挥重作鲁老师渊博知识深刻洞察力丰富实践验严谨勤奋工作作风易态度正直格魅力求断创新风格留深刻印象做做事方面受益匪浅永远学楷模谨鲁老师表示诚挚谢意崇高敬意
时衷心感谢答辩委员会文进行评阅评议全体专家帮助老师学
附录 原器件清单
序号
元件名称
数量
规格备注
1
芯片
BC212015BDNE4
1
96脚
2
芯片
MBM29LV800BA90
1
48脚
3
芯片
TN425820
1
38脚
4
芯片
XC6204B182MR
1
5脚
5
芯片
MDR741F
1
4脚
6
芯片
BALUN
1
6脚
7
芯片
HHM1517
1
4脚
8
电容
2
1μF
2
1000pF
4
30pF
4
033μF
6
01μF
9
电阻
2
1KΩ
1
20kΩ
1
100kΩ
1
47kΩ
1
10KΩ
1
150Ω
10
电感
2
50uh
1
100uh
附录二 系统电路原理图
附录三 系统电路PCB图
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短距离线通信技术
设计题目
短距离线通信技术研究
院（系）名称
电子信息学院
专业班级
学号
学生姓名
指导教师
设计成绩
目录
1 绪 2
11 概述 2
12 国外研究现状 4
2 短距离线通信技术标准 5
21 蓝牙技术 5
211 蓝牙技术典型应 5
212 蓝牙技术特点 6
213 结 7
22 IEEE80211 7
221 IEEE80211b 8
222 IEEE80211a 8
223 IEEE80211g 9
224 结 9
23 红外（IrDA） 10
24 HomeRF技术 10
25 ZigBee技术 11
251 ZigBee技术特点 11
252 结 12
26 超宽带技术（UWB） 12
261 UWB技术特点 13
262 结 14
27 通信标准较 14
3 射频技术基带技术 15
31 射频技术 15
311 概述 15
312 频带信道分配 16
313 发射机特性 16
314 接收机特性 18
32 基带技术 18
321 蓝牙时钟 19
322 蓝牙设备址 19
323 物理信道 20
324 跳频选择 21
325 逻辑传输 24
326 分组 24
4 模块设计 27
41 模块化设计思路 27
411 总体原 27
412 PCB工艺素 27
413 原理图设计 33
414 外接口定义封装 34
415 射频信号处理 35
416 拼板处理 35
42 CSR蓝牙芯片 36
421 BC01芯片 36
422 BC2系列芯片 36
423 BC3系列芯片 39
43 基BC2—EXTERNAL蓝牙模块设计(TTB102) 40
431 设计目标 40
432 外接口定义封装 40
433 原理图 41
434 PCB设计 42
435 测试 42
436 应 43
总结 45
参考文献 46
致谢 48
附录 原器件清单 49
附录二 系统电路原理图 50
附录三 系统电路PCB图 51
1 绪
11 概述
进入21世纪线通信技术正前未速度前发展现GSMNCDMA等技术正红红火火发展第三代移动通信系统(3G)已提议事日程快投入商技术实现远距离通信许没注意间屋方样需线通信出现外种需求：实现低价位低功耗代电缆短距离线通信希通型短距离线网络移动商业户提供种服务
短距离线通信作相较新技术市场应直备受业界关注1999年蓝牙标准横空出世开始技术观点认短距离线通信市场会出现爆发式增长十年事实证明蓝牙没进入快速发展阶段应停留高端手机线耳机意思作时期完成标准化技术IEEE 80211线局域网WiFi联盟强力推动空前推广着Intel迅驰技术道WiFiLogo已笔记电脑中处见
见种技术应推广技术身完善明确市场定位外国际产业联盟推动作非常巨蓝牙目前现状正产业联盟运作够成熟造成正WiFi成功先例现处技术标准化时期短距离线通信技术纷纷建立产业联盟方面推动高层协议规范化进开展设备认证互通测试方面积极进行市场宣传普产品商做准备
超宽带（UWB）作高速短距离线通信技术核心已家公认物理层标准尚处争阶段产业联盟进程非常快速目前UWB较明确市场包括家庭消费电子计算机周边设备移动通信终端家庭消费电子家电厂商传统势力范围着设备复杂性增加种样线缆越越成累赘数字电视机中心包括CDDVD播放设备音响设备数码相机数码摄机等等消费类电子产品间量数传输需UWB提供高速短距离线通信技术样情况出现计算机周边设备机显示器USB存储设备扫描仪投影仪等高速传输接口需线化需求更急迫Intel导Wireless USB正种高速应推动组织2005年初已公司展出基频带OFDM超宽带技术线USB控制器移动通信终端发展快领域着3G全面商终端存储容量处理力互通性求越越高UWB种高速短距离线通信蓝牙技术代然面着应场景种针应技术联盟积极开展研究测试面提Wireless USB外1394 Trade Association中国闪联工作组IGRS
方面低速短距离线通信代表技术ZigbeeZigbee联盟运作稳步发展2004年底Zigbee联盟发布第Zigbee网络协议规范确定Zigbee启动市场家庭控制建筑物动化工业动化中作家庭控制领域应协议描述（Application Profile）已制定完成领域应协议正制定中蓝牙协议制定九应协议描述出低速短距离线通信应前景非常广阔特续IEEE 802154a增加测距定位功市场范围进步扩
线通信需求越越种短距离线通信技术动化控制家庭信息化领域扮演越越重角色课题目前常新短距离线通信技术标准进行研究分析优缺点实现方法较技术异点讨选择技术时应注意问题选择蓝牙技术设计鼠标键盘USB适配器通信系统选择蓝牙技术目前较成熟短距离线通信技术中IrDA红外传输然效率较高穿透力差HomeRF技术实现复杂设备求高IEEE80211标准然应较广专数传输设计直接提供语音服务目前提供带宽较限相较蓝牙技术作种线数语音通信开放性全球规范低成距离线连接基础固定移动设备通信环境建立特连接时拥跳频更快数包更短等优点蓝牙系统更稳定蓝牙技术已广泛应计算机手机相机播放器印机等电子设备间数传输交换中蓝牙技术应前景十分广泛通蓝牙模块设计利理解线通信系统般特征学应线通信技术奠定基础具典型代表意义
12 国外研究现状
短距离线通信技术出现应较适应市场发展需求特两年惊速度发展种相关技术层出穷已医疗销售制造仓储运输会展金融型办公学校等许适合法布线场合需移动办公移动工作企事业单位行业系统初步应
短距离线通信技术目前中国尚处拓荒阶段国通信厂商短距离线通信标准化参停留研究踪阶段着国加入WTO种样知识产权纠纷接踵许组织机构公司已短距离线通信技术纳入研究视野
中国通信标准化协会（CCSA）线通信技术委员会第三工作组已开始超宽带技术进行课题研究输出相应研究报告领域RFIDZigbee应研究计划少高校公司研究机构积极参[15]
国际标准组织国少高校公司已成超宽带两阵营组织成员IEEE80215会议中国UWB坛北京邮电学等甚联合意利CreateNet公司IEEE802154a提交备选物理层方案说明国研究力量已开始短距离线通信领域转移相信未年国方面研究会更加深入富成效程度保护知识产权争取未技术标准竞争中位败位置
蓝牙技术作电子设备线互联廉价技术实现方式作现移动设备中型廉价短距离线数收发机蓝牙技术发展完善历较长时间程创立处起逐步完善发展技术标准优化扩应领域进步提高线通信性安全性
现蓝牙芯片价格已低5美元预期目标正逐步规模市场化运作特蓝牙耳机蓝牙适配器等产品市场化运作较成功蓝牙技术新发展机遇已基蓝牙芯片开发相应模块该技术应佳途径利提高效率降低成增加结构设计灵活性特模块已集成射频电路根解决模块应技术难题更利形成优势互补产业链推动蓝牙技术快速发展
2 短距离线通信技术标准
章介绍种常见新短距离线通信技术标准目前较广泛蓝牙IEEE80211红外HomeRFZigbeeUWB等传输技术进行阐述分析优缺点技术较
21 蓝牙技术
蓝牙种支持设备短距离通信（般10m）线电技术包括移动电话PDA线耳机笔记电脑相关外设等众设备间进行线信息交换利蓝芽技术够效简化移动通信终端设备间通信够成功简化设备特网Internet间通信数传输变更加迅速高效线通信拓宽道路蓝牙采分散式网络结构快跳频短包技术支持点点点点通信工作全球通24GHz ISM（工业科学医学）频段数速率1Mbps采时分双工传输方案实现全双工传输
211 蓝牙技术典型应
蓝牙技术适三方面短距离线连接：
（1）数语音接入点
（2）代电线电缆
（3）包含硬件软件互操作需求种固定中心站网络
蓝牙技术种典型应
（1）三合电话蓝芽技术部移动电话手机种场合：办公室里部手机部电话计电话费家里绳电话计固定电话费出门外部移动电话移动电话话费订费
（2）特网桥蓝芽技术便携式电脑方通移动电话手机进入特网时特网浪
（3）交互性会议会议中蓝芽技术迅速信息通电脑手机PDA等供会者享
（4）房门公文包笔记电脑皮包里时收外电子邮件户移动电话会发出声音提醒户电脑收电子邮件时户开电脑手机浏览收电子邮件
（5）数字相机中图线传输蓝芽技术数字相机中图发送数字相机者PC机PDA等
（6）种家设备遥控组成家电网络
212 蓝牙技术特点
蓝牙技术标准历断完善发展程蓝牙国际组织—特殊利益集团(SIG)制订版蓝牙标准区分蓝牙产品首先应该关注该产品符合技术版蓝牙技术标准制订时间序[1]：
(1) 2004年11月4日20+EDR版标准
(2) 2003年11月5日12版标准
(3) 2001年2月22日11版标准
(4) 1999年12月l日l0b版标准
(5) 1999年7月26日10a版标准第外公布标准
(6) 1999年7月5日10版标准草案
(7) 1999年4月30日09版标准
(8) 1999年l月21日08版标准
(9) 1998年10月19日07版标准
文蓝牙标准12版准
蓝牙技术采1600hpos跳频扩频通信技术特殊模式支持3200hpos跳频速率引入电路交换分组交换方式实现时承载数语音业务支持种功耗模式适合应电池供电数字设备12版蓝牙技术参数表21
表21 12版蓝牙基技术参数
工作频段
2402MHz~2480MHz
双工方式
TDD（时分双工）
调制技术
GFSK（高斯频移键控）
业务类型
电路交换分组交换
调频速率
1600hpos
工作模式
PARK（休眠）HOLD（保持）SNIFF（呼吸）
连接方式
面连接方式SCO面连接ACL
纠错方式
13FEC23FECARQ
信道加密
0位40位60位加密字符
语音编码
CVSD
通信距离
10m者100m
213 结
综述蓝牙技术种全球统标准互操作强体积工作频段受限制需电缆连接线网络新产品特适短距离移动传输类家电信息产品需花美元连接成网嵌入蓝牙模块成高甚希低电缆连接头希种理想快实现产品快问世蓝牙技术作种综合性强高科技通信产品种高科技新技术样研发生产样存风险技术越高投资必越风险越高应该蓝牙特点优点蓝牙问题成熟度
22 IEEE80211
表22 80211特性说明
特性
说明
物理层
频段
速率
安全
吞吐量
范围
优点
缺点
直序扩频(DSSS) 调频扩频(FHSS) 红外(IR)
24GHz(ISM频段80211b80211g)5Ghz(80211a)
11Mbps2Mbps55Mbps(80211b) 55M(80211a80211g)
基RC4流加密算法限密钥理
11M(80211b) 54M(80211a80211g)
室100米室外300米左右
需布线灵活方便产品已成熟价格已降
安全方便吞吐量会着户增距离加降
IEEE80211美国电气电子工程师协会IEEE（Institute for Electrical and Electronic Engineers）解决线网路设备互连1997年6月制定发布线局域网标准
IEEE80211标准定义单MAC层样物理层物理层标准IEEE80211bag
221 IEEE80211b
1999年9月正式通IEEE80211b标准IEEE80211协议标准扩展支持高11Mbps数速率运行24GHzISM频段采调制技术CCK着户断增长数速率求CCK调制方式种合适方法直接序列扩频技术说取较高数速率达扩频目选取码片速率更高现码片说较困难接收端RAKE接收机说高速数速率情况达良时间分集效果求RAKE接收机更复杂结构硬件易实现
222 IEEE80211a
IEEE80211a工作5GHz频段OFDM调制技术支持54Mbps传输速率80211a80211b两标准存着优缺点80211b优势价格低廉速率较低（高11Mbps）80211a优势传输速率快（高54Mbps）受干扰少价格相较高外11a11b工作频段工作AP网络里11a11b互兼容
223 IEEE80211g
解决述问题进步推动线局域网发展2003年7月80211工作组批准80211g标准该草案前80211协议标准相两特点：24G频段OFDM调制技术数传输速率提高20MbpsIEEE80211g标准够80211bWIFI系统互相连通存AP网络里保障兼容性
224 结
技术性差异表23示：
表23 种80211 WLAN标准区
标准
频带(GHz)
物理层数速率(Mbits)
第三层数速率(Mbits)
传输技术
列标准兼容性
优点
缺点
80211
24
2
12
FHSSDSSS
较辐射范围
限特率
80211a
50
54
32
OFDM
非拥挤频段较高特率
80211标准族中辐射范围
80211b
24
11
6~7
DSSS
80211
应广泛较辐射范围
许现应需求说特率太低
80211g
24
54
32
OFDM
8021180211b
24GHz频带较高特率
存WLAN数目辐射范围80211a
80211IEEE制订第线局域网标准解决办公室局域网校园网中户户终端线接入业务限数访问速率高达2Mbits工作频带ISM频段标准制定物理层媒体接入控制(MAC)层规范
23 红外（IrDA）
红外线数协会IrDA（Infrared Data Association）成立1993年致力建立红外线线连接非营利组织起初采IrDA标准线设备仅1m范围1152kb／s速率传输数快发展4Mb／s速率速率达16Mb／s
IrDA种利红外线进行点点通信技术许第实现线局域网（PersonalAreaNetworkPAN）技术目前软硬件技术成熟型移动设备PDA手机广泛事实出厂PDA许手机笔记电脑印机等产品支持IrDA
IrDA优点需申请频率权红外通信成低廉具移动通信需体积功耗低连接方便简单易特点数传输率较高适传输容量文件媒体数外红外线发射角度较传输安全性高
IrDA足种视距传输2相互通信设备间必须准中间物体阻隔该技术2台（非台）设备间连接蓝牙没限制受墙壁阻隔IrDA目前研究方解决视距传输问题提高数传输率
24 HomeRF技术
HomeRF工作组美国家射频委员会领导1997年成立工作务家庭户建立具互操作性话音数通信网
家庭射频（HomeRF）标准HomeRF工作组开发旨家庭范围计算机电子设备间实现线通信开放性工业标准HomeRFIEEE80211DECT结合种技术降低语音数成HomeRF采扩频技术工作24GHz频带步支持4条高质量语音信道HomeRF传输速率1M～2MbpsHomeRF技术没完全公开目前十家企业支持抗干扰等方面相应技术言尚欠缺应前景十分明朗
HomeRF现线通信标准综合改进：进行数通信时采IEEE80211规范中TCPIP传输协议进行语音通信时采数字增强型绳通信标准该标准80211b兼容占80211bBluetooth相24GHz频率段应范围会局限性更家庭网络中
25 ZigBee技术
ZigBee种距离低复杂度低功耗低数速率低成双线通信技术适合动控制传感监控远程控制等领域嵌入种设备中时支持理定位功IEEE802154工作组定义种廉价供固定便携移动设备极低复杂度成功耗低速率线连接技术ZigBee联盟制定ZigBee标准时采IEEE802154作物理层媒体接入层规范基础ZigBee 联盟制定数链路层（DLL）网络层(NWK)应编程接口(API)规范负责高层应测试市场推广等方面工作
251 ZigBee技术特点
(1)复杂性
ZigBee协议栈简单实现相容易需系统资源较少估计运行ZigBee需系统资源约28KbZigBee定义两种类型设备：全功设备FFD(Full Functional Device）简化功设备RFD(Reduced Function Device)网络结构网络网络协调者(Coordinator)达65 535属设备网络协调者必须FFD负责理维护网络包括路安全性节点附着离开等网络需网络协调者终端设备RFDFFDRFD价格FFD 便宜占系统资源仅约4Kb网络整体成较低点说ZigBee非常适合量终端设备网络传感网络楼宇动化等
（2）性
信号线环境中传输必然存尺度衰落阴影衰落径干扰等问题ZigBee蓝牙WLAN(IEEE80211b)工作24GHzISM频段相互间干扰避免保证性尤重
ZigBee三工作频段：2402～2480GHz868～8686MHz902～928MHz27 信道信道接入方式采CSMACA效减少帧突抗干扰径ZigBee物理层采直接序列扩频DSSS频率捷变FA技术网络层ZigBee支持网状网存冗余路保证网络健壮性
（3）功耗
低功耗ZigBee重特征典型ZigBee传感网络中块普通碱性电池供ZigBee设备工作六月两年面讨ZigBee获低功耗方法
ZigBeeMAC 信道接入机制两种：信标（Beacon）模式信标模式
信标模式标准ALOHACSMACA 信道接入机制终端节点数收发时候网络会话余时间处休眠模式样均功耗非常低
信标模式终端设备信标广播时醒侦听址果没侦听址转入休眠状态信标簇形网络(Cluster tree network)网状网(Mesh network)节点步尤重节点长时间侦听信道消耗量
网络拓扑结构功率节省重关系星形簇形网络结构网状网结构更利功率节省前者终端节点充路器功收发数样节省更功率
252 结
ZigBee具功耗极低系统简单成低低等时间(Latency Time)低数速率性质非常适合量终端设备网络应领域：楼宇动化工业监视控制计算机外设互动玩具医疗设备消费性电子产品家庭动化传感网络
26 超宽带技术（UWB）
超宽带(UWB)着悠久发展历史1989年前超宽带术语常信号带宽频谱结构方面没明确规定1989年美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采超宽带术语规定：信号20dB处绝带宽15GHz相带宽（信号带宽中心频率）25该信号超宽带信号信号带宽中心频率1～25间宽带1窄带
探索UWB应民领域行性1998年起美国联邦通信委员会(FCC)开始产业界广泛征求意见美国NTIA等通信团体约提交800份意见书2002年2月FCC批准UWB技术进入民领域UWB进行重新定义规定UWB信号相带宽2010dB带宽500MHz线电信号
预见未年中UWB成线域网线家庭网络线传感器网络等短距离线网络中占导位物理层技术
261 UWB技术特点
(1)传输速率高空间容量
根仙农(Shannon)信道容量公式加性高斯白噪声(AWGN)信道中系统差错传输速率限：
中B(单位Hz)信道带宽SNR信噪UWB系统中信号带宽B高达500MHz~75GHz信噪SNR低UWB系统短距离实现百兆1Gbs传输速率例果7GHz带宽信噪低10dB理信道容量达1GbsUWB技术应短距离高速传输场合(高速WPAN)非常合适极提高空间容量理研究表明基UWBWPAN达空间容量目前WLAN标准IEEE80211a高出1～2数量级
(2)适合短距离通信
FCC规定UWB系统辐射功率非常限31GHz~106GHz频段总辐射功率仅055mW远低传统窄带系统着传输距离增加信号功率断衰减接收信噪表示成传输距离函数(d)根仙农公式信道容量表示成距离函数：
外超宽带信号具极丰富频率成分众周知线信道频段表现出衰落特性着传输距离增加高频信号衰落极快导致UWB信号产生失真严重影响系统性
(3)具良存性保密性
UWB系统辐射谱密度极低(413dBmMHz)传统窄带系统讲UWB信号谱密度甚低背景噪声电UWB信号窄带系统干扰视作宽带白噪声UWB系统传统窄带系统着良存性提高日益紧张线频谱资源利率非常利时极低辐射谱密度UWB信号具强隐蔽性难截获提高通信保密性非常利
(4)径分辨力强定位精度高
UWB信号采持续时间极短窄脉时间空间分辨力强UWB信号径分辨率极高极高径分辨力赋予UWB信号高精度测距定位力线信道时间选择性频率选择性制约线通信系统性关键素
窄带系统中分辨径导致衰落UWB信号分开利分集接收技术进行合UWB系统具强抗衰落力UWB信号极高径分辨力导致信号量产生严重时间弥散(频率选择性衰落)接收机必须通牺牲复杂度(增加分集重数)捕获足够信号量接收机设计提出严峻挑战实际UWB系统设计中必须折衷考虑信号带宽接收机复杂度理想性价
(5)体积功耗低
传统UWB技术需正弦载波数调制纳秒级亚纳秒级基带窄脉传输接收机利相关器直接完成信号检测收发信机需复杂载频调制解调电路滤波器降低系统复杂度减收发信机体积功耗
262 结
UWB传输速率快体积功耗低尤精度高保密性UWB技术直军方作战技术UWB具巨传输速率优势时受发射功率限制短距离范围提供高速线数传输UWB重应领域前WLANWPAN种应
27 通信标准较
通种短距离线通信技术标准研究较选择蓝牙技术设计鼠标键盘USB适配器通信系统选择蓝牙技术目前较成熟短距离线通信技术中IrDA红外传输然效率较高穿透力差HomeRF技术实现复杂设备求高IEEE80211标准然应较广专数传输设计直接提供语音服务目前提供带宽较限相较蓝牙技术作种线数语音通信开放性全球规范低成距离线连接基础固定移动设备通信环境建立特连接时拥跳频更快数包更短等优点蓝牙系统更稳定蓝牙技术已广泛应计算机手机相机播放器印机等电子设备间数传输交换中蓝牙技术应前景十分广泛
3 射频技术基带技术
射频(Radio Frequency)技术基带(Baseband)技术蓝牙技术基础核心正确理解掌握射频技术基带技术应该技术前提蓝牙技术研发生产程中重容—射频测试完全符合该射频技术标准基带技术定义信道控制分组格式纠检错机制跳频选择安全技术等容
31 射频技术
311 概述
射频技术完成功
(1) 工作频段设备兼容
(2) 确保QoS[3]
蓝牙工作需申请24GHz ISM(工业科学医疗)频段采跳频收发信机减干扰衰减采二进制FM调制降低收发信机复杂度采TDD全双工方案实现数语音实时通信
312 频带信道分配
蓝牙工作24GHzISM频段该频段范围240024835MHz蓝牙技术间隔1MHz79射频信道表31示低端高端保护频带分2MHz35MHz
表31 蓝牙射频信道[4]
ISM频带
蓝牙射频信道
240024835MHz
F2402+k MHz k01……78
313 发射机特性
1发射功率
区分蓝牙设备首先应该确定该设备发射功率等级功率等级需射频解决方案根天线连接处测发射功率蓝牙设备分三类表32示
表32 蓝牙设备功率分类[5]
CLASS
输出功率
（Pmax）
典型输出功率
（Pnom）
输出功率
（Pmin）
1
100mW(20dBm)
NA
1Mw(0dBm)
2
25mW(4dBm)
1mW(0dBm)
025mW(6Bm)
3
1mW(0dBm)
NA
NA
时通信距离表述功率输出等级100m通信距离表示Class
1蓝牙设备10m通信距离表示Class 2蓝牙设备般蓝牙耳机蓝牙鼠标蓝牙车载免提等设备需Class 2功率水蓝牙USB适配器设计Class1者Class 2功率水视应场合定功率等级蓝牙设备间通信出现法预料问题Class 1设备必需实施功率控制发射功率4Bdm根实时测量接收信号强度指示(RSSI)数较功率控制表通知方降低者增加发射功率功率控制优化功率消耗水降低相互干扰发射功率低4dBmClass 2设备选择实施功率控制样优化功率消耗水降低干扰然采取功率控制连接状态寻呼查询等状态Class 1Class 2蓝牙设备间通信Class 1发射功率距离太Class 2设备法正常接收数种情况应Class 1设备功率水控制Class 2水点蓝牙技术开发程调试程中必须关注问题旦引入功率控制机制蓝牙技术开发应时需定制功率控制表系统提供步进规律系统读取RSSI值根该表通知方加者降低发射功率步进值等蓝牙技术功率表步进值明确规定8dB2dB
2．调制特性
蓝牙采GFSK(高斯频移键控)调制技术调制系数位028035间
采1600hposo625ms时间段位频点正频偏代表逻辑1负
频偏代表逻辑O实现频移键控技术蓝牙RF中重测试指标频率偏移
范围图3l示GFSK眼图参数横轴时间轴频率Transmit Frequency Ft(载波)表示1600hpos某跳频点fd标志逻辑1者0频率偏移Zero Crossing表示零点位置图31点：
(1) 保证Transmit Frequency Ft(载波)稳定度该稳定度两指标
(a)Initial Carrier Frequency孔Tolerance表示系统发送数分组时载波稳定度求士75KHz
(b)Carrier Frequency Drift表示发送数分组时隙载波漂移根分组长度求具体参数表33
(2) fd正常范围145KHz~175KHz
(3) Zero Crossing error低18符号周期
表33 Carrier Frequency Drift
图31 GFSK参数
3．杂散功率
蓝牙技术射频信号带外噪声明确规定理求载波频点应该发射频点工程法实现纯粹载波频率信号包含频段信号该频段信号附信道特性产生影响蓝牙系统该干扰信号进行参数限制首先20dBm频带范围功率值频点分两端频谱走减20dBm确定两频点位置求计算该两点间隔1 MHz次绝功率水明确定义发射载波偏移2MHz信号功率低20dBm偏移等3MHz信号功率低40dBm
314 接收机特性
蓝牙系统接收机灵敏度电70 dBm保证BER≤01接收机特性抗干扰性抑制频带外噪声互调特性三方面考虑分通Sensitivityone slot packets(单时隙灵敏度)Sensitivity multislot packet(时隙灵敏度)Blocking Performance(抑制带外噪声性)Intermodulation Performance(互调特性)等项目测试否满足BER≤01
32 基带技术
蓝牙技术支持点点点点连接点点连接时两设备分享物理信道点点连接时设备七设备形成匹克网(Piconet)设备分享物理信道设备控制理物理信道匹克网组成散射网(Scatternet)匹克网部设备然享物理信道蓝牙技术支持空中基带数分组格式图32该分组分三部分包括Acess Code(识码)Header(分组头)Payload(负载)
图32 基带数分组格式
321 蓝牙时钟
蓝牙时钟稳定度精度系统正确运行关重直接影响射频性需出产蓝牙产品进行时钟校准通调节Pskey中Trim值调整时钟测试流程中会操作校准蓝牙时钟蓝牙设备时钟该时钟受外部素影响实现蓝牙设备保持时钟步需时钟基础加实时偏移(Offset)蓝牙时钟采28位计数器实现计数周期位3125 u s3 2KHz时蓝牙时钟计数器关键位变化蓝牙系统产生影响：CLKoCLK1 CLK2 CLK12分应3125us625us125ms128s蓝牙时钟计数器图33示
图33 蓝牙时钟计数器
322 蓝牙设备址
蓝牙设备需分配48 bits蓝牙设备址（BD_ADDR）图34蓝牙址格式包括LAP UAPNAP三部分LAP称低位址长度24bits UAP称高位址长度8bits NAP称意义址长度16bits o 24bits LAP称公司分配号(Company_ assigned) UAPNAP合起总24bits称公司ID (Company_id ) [7]
图34 蓝牙址格式
蓝牙设备址段需IEEE Registration Authority注册申请(wwwieeeorg)中三字节公司C Companyd)IEEE统分配理三字节公司分配号(Company_ assigned)蓝牙设备生产厂商行分配蓝牙设备制造商需IEEE申请24bitsCompanyd然行分配低端24bits样道理根蓝牙址中Company—d识该设备制造商wwwieeeorg网站查出应Company—d公司名称支付定费申请Company—d16000000蓝牙设备址分配注意蓝牙设备保留64LAP址查询操作蓝牙设备址分配该LAP址段0x9E8B00～0x9E8B3F
323 物理信道
伪机跳频序列标志蓝牙物理信道跳频序列蓝牙址UAPLAP决定序列相位蓝牙时钟决定物理信道分成时隙单位时间段跳频选择核(Selection Box)决定某时隙处频点位置连接状态跳频速率1600hpos查询(Inquiry)寻呼(Page)子状态跳频速率3200hpos蓝牙物理信道：
(1) 基匹克网物理信道
(2) 适应匹克网物理信道
(3) 寻呼扫描物理信道
(4) 查询扫描物理信道
蓝牙设备处连接状态时缺省(1)基匹克网物理信道信道条件致情况(2)适应匹克网物理信道基匹克网物理信道蓝牙设备决定蓝牙址时钟决定伪机跳频序列跳频规律通轮询方案实现匹克网物理信道流量控制蓝牙设备指通发起寻呼请求成功建立连接设备蓝牙设备指连接设备连接建立角色样交换基匹克网物理信道时间分成625 u s长度时隙TDD方式实现设备间通信图35设备间采TDD方式时隙分组通信
图35 设备间时隙分组通信
适应匹克网物理信道适应跳频选择序列跳某物理信道条件较差射频信道利增加线通信性兼容性适应物理信道少20射频信道基匹克网物理信道两点
(1) 时隙先前时隙相射频信道图36示
(2) 少79射频信道
图36 时隙前时隙相RF信道
324 跳频选择
蓝牙设备跳频选择核(Selection Box)产生六种伪机跳频序列五种基跳频序列种适应跳频序列(AFH )序列类型
(1) 寻呼跳频序列(Page)
(2) 寻呼响应跳频序列(Page Response)
(3) 查询跳频序列(Inquiry )
(4) 查询响应跳频序列(Inquiry Response)
(5) 基信道跳频序列(Basic)
(6) 适应信道跳频序列(AFH )
1．通选择框图(Selection Box)
图37跳频选择方案框图输入参数决定信道系数输入参数包括27bits蓝牙时钟28bits UAPLAP ( LAPUAP低4bits) frozen clock NKoffsetsequence selection(序列类型)AFH channel map(适应跳频图案)
图37 跳频图案选择框图
2．基跳频序列选择核
图38基跳频图案选择核寻呼(Page)寻呼响应(Page Response)查询(Inquiry)查询响应(Inquiry Response)基(Basic)跳频序列选择核输入参数X Y1 Y2 A B C D E FX输入决定跳频序列相位Y1Y2选择时隙AD决定段序(79跳频点分成犯点组成段)EF决定跳频序列跳频点应关系选择核次ADD(加法器) XOR(异器) PERM5(蝶行序列运算)ADD(加法器)组成中加法器两数相加模32(第加法器)者79(第二加法器)异操作应位进行异PERMS图39示Z4Z0代表图中PERMS左边XOR 5bits输入中Z0表示低位P13P9代表图中PERMS部CY1 XOR产生5bits数P8P0代表图中PERMS部9bits D输入图中单蝶行运算图310示两选择器组成两输入两输出控制P0时输出等输入P1时输出输入反X Y1等参数跳频图案选择框图输入参数产生例连接状态时X蓝牙时钟第26位参数类
图38 基跳频图案选择核[8]
图39 PERMS运算
图310 蝶行运算
3．适应跳频选择核
适应跳频选择核基基跳频选择核AFH_channel_map(适应跳频图案)输入参数基跳频序列选择核相选择参数AFH_channel_map指示射频信道射频信道适应跳频选择射频信道少79少20适应跳频图案选择先通基跳频选择核产生射频信道选择参数较AFH_channel_map否果该射频信道否通适应跳频选择算法重新选择新射频信道
325 逻辑传输
蓝牙设备间建立类型逻辑传输链路总五种类型逻辑传输
(1) 面步连接(SCO)逻辑传输
(2) 扩展面步连接(eSCO)逻辑传输
(3) 面异步连接(ACL)逻辑传输
(4) 活动设备广播(ASB)逻辑传输
(5) 休眠设备广播(PSB)逻辑传输
SCO逻辑传输匹克网中点点逻辑传输般语音步数等延时严格限制业务设备通保留时隙保持SCOeSCO逻辑传输具保留时隙保留时隙设立重传窗口加强性
ACL逻辑传输样设备间建立点点逻辑传输非保留时隙设备设备建立ACL逻辑传输
ASB逻辑传输设备活动设备进行通信PSB逻辑传输设备休眠设备进行通信
326 分组
蓝牙基带分组通格式图311示分三部分：Acess Code(识码)Header(分组头)Payload(负载)左边低位(LSB)右边高位(MSB)低位特先发送Access Code长度72bitsHeader长度54bitsPayload长达2745bits部分分组Access Code分组长度68bits
图311 基带分组通格蓝牙式
面步连接(SCO)逻辑传输NULLPOLLFHSDM1HV1HV2HV3DV分组扩展面步连接(eSCO)逻辑传输NULLPOLLEV3EV4EV5分组面异步连接(ACL)逻辑传输NULLPOLLFHSDM1DH1DH3DH5DM1DM3DM5AUX1分组IDNULLPOLLFH5链路控制分组该类分组统计信息表34示DM1DH1DH3DH5DM1DM3DM5AUX1ACL分组该类分组统计信息表35示HV 1HV2HV3EV3EV4EV5步语音分组该类分组统计信息表36示ID分组没负载查询操作NULL分组没负载返回ARAN(确认)信息POLL分组没负载轮询蓝牙设备FHS分组链路建立程中传递设备跳频步信息
表34 链路控制分组
表35 步语音分组
表36 ACL分组
4 模块设计
蓝牙模块蓝牙芯片通外围电路集成块电路板化电路板尺寸佳化外接口定义封装完成射频电路设计测试工作章涉蓝牙模块化设计思路基BC2EXTERNAL蓝牙芯片TTB102蓝牙模块设计
41 模块化设计思路
411 总体原
采模块化设计思路蓝牙技术开发佳途径选择适合蓝牙芯片基础需确定电路板设计方法测试方法方面蓝牙模块24GHz射频模块方面蓝牙模块具通性需求蓝牙鼠标蓝牙耳机蓝牙USB适配器等蓝牙设备采外围电路蓝牙模块集成蓝牙芯片外围通电路完成部分射频电路设计测试蓝牙模块设计总体原
(1) 正确选择蓝牙芯片型号封装
(2) 针蓝牙芯片BGA封装根PCB厂加工工艺水确定合适BGA线方案
(3) 根PCB厂工艺水确定模块叠层结构工艺参数等
(4) 确定具化兼容性原理图设计
(5) 定义佳外接口封装结构
(6) 优化射频电路处理
412 PCB工艺素
选择合适PCB加工工艺水非常重紧密结合模块加工工艺求PCB厂工艺水量希出现模块设计超出PCB厂加工力者选择较高工艺水导致太高加工成
1叠层结构
模块设计需选择电路板叠层结构般确定四层板
(1) 顶层放置元器件走线
(2) 中间层层
(3) 中间二层电源层
(4) 底层放置组件走线模块外封装
2BGA走线方案
确定CSR公司生产蓝牙芯片该芯片BGA封装需确定佳BGA走线方案图41示BGA封装结构部分引脚走线较困难中A1等外边引脚外边引线C3 C4等边引脚BGA部空闲处孔引线唯B2 B3等中间引脚需特殊引线方案该引线方案焊盘中心间距PCB工艺水紧密联系
图41 BGA封装结构
基采三种方案引线种顶层BGA焊盘间引出该方法方面取决焊盘中心距求少065mm方面容量限法全部部引脚引出第二种通顶层四BGA焊盘中心位置机械孔底层底层走线该方案样取决BGA封装焊盘中心间距求少065mm第三种方案BGA焊盘直接激光盲孔第二层层0lmm孔孔焊盘03mm时适增B GA焊盘尺寸然激光孔穿透力限第二层然第二层走线安全处机械通孔顶层者底层走线然PCB加工时需01 mm盲孔堵方便焊接
（1）焊盘间引线
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC212015BDN065mm焊盘中心间距部分引脚通该方案引线安全处方案需计算芯片引脚中心间距参考PCB加工工艺力包括线宽线间距等图42顶层BGA焊盘间引线示意图假设该BGA芯片065mm引脚间距采01 mm线宽引线引线焊盘边距0125mm符合PCB厂01 mm线间距加工工艺水
图42 顶层BGA焊盘间引线
（2）四焊盘中心孔
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC212015BDN065mm引脚间距部分引脚通该方案引线安全处图43示BGA封装四焊盘焊盘A1B1中心距离065mm处角线焊盘A1B2中心距离09191mm盘B2连线位四焊盘中心位置0204mm孔02mm机械孔04mm盘底层走线孔盘周边焊盘边距010955mm符合PCB厂0lmm线间距加工工艺水事实够采(1)方案般采(2)方案两种方案联合增加电路板设计灵活性TTB 102蓝牙模块时采(1)(2)两种方案
图43 四焊盘中心孔
（3）焊盘孔
CSR公司蓝牙芯片BGA封装BC213159A05mm引脚间距采直接BGA焊盘激光盲孔第二层引线PCB厂加工工艺水限制继续采(1)(2)述方式走线孔盘B GA盘边距太机械孔工艺水图示直接盘B2激光孔第二层该孔尺寸0103 mm然第二层走线安全方机械孔顶层者底层焊盘尺寸设035mm种方案区(1)(2)第二层走线TTB 103蓝牙模块采方案
图44 焊盘孔引线
3PCB工艺参数
确定PCB工艺参数设计蓝牙射频模块重组成部分模块PCB设计方法信息相关直接关系模块射频性安装水规模生产行性等方面TTB102蓝牙模块PCB工艺参数部分
(1) 基工艺参数表41
表41 TTB102J基参数
中PCB尺寸求严格保证+―01mm误差范围蓝牙模块需通测试测试需定制特定测试制具模块进行定位模块实际尺寸太采边界定位电路板尺寸误差严格限制
(2) 阻焊层(Mask)参数表42
表42 阻焊层参数
(3) 丝印层(Silk)参数表43
表43 丝印层参数
(4) PCB叠层参数表44
表44 PCB叠层参数
(5) PCB加工Geber文件电路板应关系表45
表45 PCB加工Gerber文件层应关系
(6) PCB加工Drill(钻孔)文件表46
表46 PCB加工Drill文件
413 原理图设计
蓝牙模块功设计首先完成原理图设计然模块化设计需通设计难度较电路置模块定制外标准化接口模块作独立元件表面贴装板蓝牙模块原理图般方面组成：
(1)蓝牙芯片电路
蓝牙芯片模块中心电路围绕该芯片设计布局走线选择合适蓝牙芯片确定芯片引脚功连接方式特注意电源引脚连接方式
(2)存储器电路
某蓝牙芯片需外挂8Mbits Flash例CSR蓝牙芯片BCZ12015BDN需确定Flash蓝牙芯片连接Flash电源信号连接Flash否具换性
(3)时钟电路
般蓝牙芯片需外接晶体相较简单需连接线
(4)电源电路
模块需外部供电模块般集成直流电压转换芯片33V转换18V等需考虑电源芯片输出功率否满足负荷求时针应果电池供电情况需选择DC心C电压转换芯片否采LDO前者较者更高转换效率
(5)射频前端短路
基选择蓝牙模块设计相应射频前端电路特针Class 1蓝牙模块前端电路设计较复杂需较高射频处理验包括射频功放射频开关滤波器匹配等电路设计Class 2蓝牙模块射频前端电路相简单需蓝牙芯片基础连接匹配电路祸合电路滤波器电路等时需模块设计屏蔽罩减干扰
(6)电路兼容性
进步降低开发成优化调试功需某电路增加兼容性考虑首先CSR推出蓝牙芯片部分功引脚定义具定兼容性采块PCB兼容蓝牙芯片蓝牙模块射频性量减少重复设计次数例BC2AUDIOBC3ROM具定兼容性原理图设计时需引脚做相应处理处理集中电源引脚引脚设计模块化电源佳兼容性方案次针某元器件考虑存储器电源芯片缺货停产价格涨等素预留定代空间需设计原理图时代芯片做详细分析
(7)接口电路
接口电路蓝牙模块外接口RFUSBSPIDARTPCB等接口全部引出必须针外围电路特点蓝牙芯片引脚功定义接口序
414 外接口定义封装
蓝牙模块需引出外接口端口
(1)USB接口：引脚USB D+USB D
(2)UART接口：引脚DART_RXUART_TXDART_CTSDART_RTS
(3)PCM接口：引脚PCM_SYNC PCM_IN PCM_OUTPCM_CLK
(4)SPI接口：引脚SPI_CLK SPI_MISO SPI_MOSI SPI_CSB
(5)AIO接口：AIO[0]AIO[1]
(6)PIO接口：PIO[0]PIO[1]PIO[2]PIO[3]PIO[4]PIO[s]PIO[6]PIO[7]PIO[8]PIO[9]PIO[10]PIO[11]
(7)引脚RESET
(8)RF天线接口
(9)电源接口：33V18V
(10)线：GND
根模块尺寸布局般两种封装结构：
(1)底层左右两列接口封装图45（a）TTB102蓝牙模块采方式
(2)底层四周接口封装图45（b）TTB103蓝牙模块采方式
图45 模块外接口封装
考虑模块测试制具设计封装结构中外接焊盘焊盘中心间距限制保证现测试探针适时探测射频信号探针区般信号探针该探针射频轴电缆探针射频信号探针外包围圆形线探圈设计射频探测焊盘时需设计射频信号盘圆形焊盘时考虑射频探针尺寸较必须考虑否占旁边放置信号探针垂直空间果该法探测引脚定义引脚蓝牙模块终需板连接连接焊盘设计成样第种焊盘完全位底层时紧模块板边种第种基础焊盘延伸电路板侧面通焊盘设计孔该孔连接外接焊盘时焊盘中心作电路板边界线
415 射频信号处理
射频信号优劣直接影响模块通信距离必须保证射频性性致性方面确定原理图设计基础需严格控制元器件件精度参数射频芯片性基生产厂商保证电感电容电阻精度方面佳化布局射频元器件某匹配电路量形成空间称射频信号走线量短通调整线宽保证该传输线50阻抗值电路板叠层结构材料铜箔厚度等确定射频走线长度轻易改变计算2400MHZ信号保证50阻抗值应线宽采该线宽设计射频走线终PCB加工时然细微调节线宽保证50阻抗值
416 拼板处理
蓝牙模块实际尺寸较需进行拼板处理加工电路板时块模块合起加工起贴片极提高生产效率
拼板时需注意点：
(1)拼板实际尺寸贴片机承受宽度
(2)选择定模块连接方式四边中心建立邮票孔连接
(3)设计Marker点贴片机定位
(4)注意拼板电路板强度
42 CSR蓝牙芯片
CSR公司生产蓝牙芯片BC01BC2BC3三系列中BC01已生产BC2流蓝牙芯片BC3逐步推出图46 CSR蓝牙芯片系列展示设计蓝牙模块应蓝牙技术首先需选择恰蓝牙芯片需CSR公司蓝牙芯片进行仔细分析
图46 CSR蓝牙芯片系列展示
421 BC01芯片
BC01CSR公司推出第块蓝牙芯片业界推出第片真真单芯片蓝牙方案采CMOS技术集成射频基带技术符合蓝牙11版标准8mm x 8mm 81bal1 BGA适合PC移动电话PDA等集成蓝牙技术该芯片现停产
422 BC2系列芯片
1BC2—EXTERNAL
BC2—EXTERNALBC2系列中重芯片具强通性符合蓝牙11者蓝牙12版标准BC2系列中该芯片支持蓝牙12版标准该版标准支持AFH适合802lbl更存适合PCPDA鼠标等PC外设等集成蓝牙技术
该芯片需外接8MbitFlash具继续升级行性96引脚BGA封装6 x 6mm8 x 8mm10 x 10mm三种封装尺寸采018 um CMOS技术单片集成射频基带技术TTB102蓝牙模块采8 x 8mmBC2—EXTERNAL图47BC2—EXTERNAL系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口Flash接口中IO接口SPIUARTUSBPIOPCM[11]
图47 BC2EXTERNAL系列结构
2BC2—FLASHBC2—AUDIO
BC2—FLASHBC2—AUDIO符合蓝牙11版标准具相封装结构引脚定义两者芯片部集成4Mbit存储器BC2—FLASH集成Flash重复载程序BC2—AUDIO集成ROM芯片厂商进行次程序载开发阶段BC2—FLASH具较灵活性行性等软硬件完全成熟样软硬件环境BC2FLASH代BC2—AUDIO事实BC2—AUDIO较BC2—FLASH较成优势规模生产阶段理成章选择该芯片
BC2—FLASHBC2—AUDIO流应蓝牙耳机然PDA鼠标键盘等微机外设该芯片较BC2—EXTERNAL集成存储器外集成单声道语音编解码器(Codec)直接支持模拟信号语音接口利进步增加集成度降低生产成时BC2—FALSHBC2AUDIO时集成Regulator(直流电源转换器)芯片部33v转18v较BC2—EXTERNAL较改进TTB103蓝牙模块BC2AUDIO开发蓝牙耳机
图48BC2—FLASHBC2—AUDIO系统结构包括RadioRAMDSPMCUCodecIO接口4Mbit存储器(BC2—FLASHFlashBC2—AUDIOROM)中IO接口SP1UARTUSBPIOPCMAudioInOut[12]
图48 BC2FLASHBC2AUDIO系列结构
3BC2—FLASHBC2—ROM
BC2—ROM集成射频基带技术单芯片蓝牙系统符合蓝牙11版标准封装功BC2FLASH相互兼容BC2FALSH集成语音编解码器BC2—ROM掉该部分适合BC2—FALSH软硬件环境样适合BC2—ROM电源等部分引脚设置细微差硬件设计程中设计独立电源模块增加兼容性开发阶段BC2—FLASH调试软硬件环境重复载应软件旦完全成熟必然采BC2—ROM降低成
BC2—ROM移动电话PDA鼠标键盘等微机外设集成蓝牙技术图49BC2—ROM系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口4MbitROM中IO接口SPIUARTSBPIOPCM等
图49 BC2ROM系列结构
423 BC3系列芯片
1BC3ROM
CSR公司推出款支持蓝牙12版标准ROM芯片BC2—ROM具软硬件兼容性系统结构BC2—ROM完全相图410示BC3—ROM系统结构[11]
图410 BC3ROM系列结构
2BC3MULTIMEDIA
BC3—MLJLTMIEDIA款CSR公司推出支持立体声处理单芯片蓝牙系统支持蓝牙12版标准集成Kalimba DSP立体声进行实时处理时集成8Mbti FLASHRegulator专门立体声耳机汽车免提系统等语音处理力求较高应场合
图411BC3—MLJLTMIEDIA系统结构包括RadioRAMDSPMCUIO接口8Mbit Flash中IO接口SPIUARTSBPIOPCMAudio InOut等
图411 BC3MULTIMEDIA系列结构
43 基BC2—EXTERNAL蓝牙模块设计(TTB102)
431 设计目标
选择8 x 8mm BC2—EXTERNAL核心设计模块定名TTB102蓝牙芯片外接口包括PCMPIOSPIAIORESETUARTUSB射频前端电路天线接口引出采四层电路板设计顶层放置元件第二层层第三层电源层底层定义外接口封装特需设计射频测试盘结构该模块蓝牙鼠标蓝牙键盘蓝牙USB适配器TTB102Class 2蓝牙模块标称10m通信距离需通蓝牙测试仪(Anrtiius：MT8852A)测试射频性采专门设计测试制具连接蓝牙模块测试仪器通蓝牙RF测试标准定义测试项目
432 外接口定义封装
TTB102蓝牙模块采电路板底层双列边缘封装接口定义封装尺寸图412示
图412 TTB102蓝牙模块外接口定义封装
433 原理图
TTB 102蓝牙模块系统结构图413示该蓝牙模块基电阻电容电感芯片BC212015BDNTN425820AM29LV800DXC6204HHM1517 MDR771F模块外部接口包括蓝牙外接口天线接口电源接口XC6204承担蓝牙芯片存储器Balun等供电外接口设计1V8具双重意义方面外供1V8电方面模块外部电路模块供电防XC6204出现异常图414TTB 102蓝牙模块原理图
图413 TTB102蓝牙模块系统结构
434 PCB设计
TTB 102蓝牙模块叠层结构
(1)顶层放置元件走线图414（a）示
(2)第二层线层面积接图414（b）该图展示反信息颜色覆盖方表示没铜没颜色方表示面积盘
(3)第三层电源层面积独立电源模块图414（c）示该图第二层类似展示反信息图中三块独立电源模块分边18V电源模块部33 V电源模块中间VMEM电源模块中VMEM实际电压33 V通0电阻连接3 3V达Flash独立供电设计
(4)底层放置元件走线否该模块法表贴电路板图414（d）示板两侧边定义两列外接口
图414 TTB102蓝牙模块电路板层走线
435 测试
蓝牙模块测试指射频测试采仪器MT8852A通特制模块制具连接模块RF接口测试仪器连接方式图417示模块出厂前需通射频测试
图415 蓝牙模块测试系统
首先通HCI指令测蓝牙设备置测试状态指令包括：
(1)Set Event Mask Command该指令蓝牙设备置允许动建链状态
(2)write Inquiry Scan Activiy Command该指令设置蓝牙设备查询扫描窗口周期参数
(3)Write Page Scan Activiy Command该指令设置蓝牙设备寻呼扫描窗口周期参数
(4)Write Scan Enable Command该指令开启查询寻呼扫描状态没该指令测蓝牙设备法查询建链
(5)Enable Device Under Test Mode Command该指令测蓝牙设备置测试模式
然Anritsr提供Bluetest软件控制蓝牙测试仪MT8852a完成测蓝牙设备(EUT)测试该仪器提供测试项目规模生产时提高生产效率测试部分项目
(l)TRMCA01C(Outpout power)
(2)TRMCA08C(Initial Carrier)
(3)TRMCA09C(Carrier Drift)
(4)TRMCA07C(Modulation Characteristics)
(5)RCVCA01C(Single Slot Sensitivigy)
(6)RCVCA02C(Multi Slot Sensitivigy)
(7)RCVCA06C(Maximum Input Level)
436 应
图416 基TTB102蓝牙模块线鼠标系统结构
TTB102蓝牙模块蓝牙鼠标键盘USB适配器等支持蓝牙12版标准蓝牙鼠标应例需TTB102基础连接鼠标光学定位芯片键指示电路电源电路图418示基TTB102蓝牙模块线鼠标系统结构中ANDS—2030Agilent线鼠标光学定位芯片
总结
文首先现常新种线通信技术进行研究阐述通优缺点决定采蓝牙技术设计通信系统应文设计中外文分析基础基带技术射频技术研究设计应蓝牙技术前提续蓝牙技术开发奠定较基础更利充分理解蓝牙射频链路测试等容成蓝牙线通信教学实验系统教学容外理解掌握射频基带技术利理解线通信系统般特征学应线通信技术奠定基础具典型代表意义
文完成TTB102蓝牙模块设计工作TTB102基CSR蓝牙芯片BC21201B5DN设计该芯片CSR蓝牙芯片系列中具代表性具兼容性功强方案适合应蓝牙应领域然考虑蓝牙技术应成技难度般TTB102蓝牙模块蓝牙鼠标蓝牙键盘蓝牙USB适配器中蓝牙鼠标蓝牙USB适配器已产业化应
文蓝牙技术射频基带技术基础完成必蓝牙模块设计工作方面文中存许欠缺足工程设计缺少必理分析理没充分证蓝牙技术应设计需通规模生产考验
参考文献
[1]方旭明蓉等．短距离线移动通信网络．民邮电出版社20074．
[2]李新付楼义徐建良．线移动通信网．电子工业出版社200612．
[3]尹长川罗涛乐光新．载波宽带线通信技术．北京邮电学出版社20087．
[4]查光明熊贤祚．扩频通信．西安电子科技学出版社20068．
[5]伍疆罗常青晋艳伟．线网络传输系统设计．电子工业出版社2007．
[6]纪越峰．现代通信技术．北京邮电学出版社20091．
[7]马建仓罗亚军赵玉亭．蓝牙核心技术应．北京：科学出版社2006．
[8]严紫建刘元安．蓝牙技术北京邮电学出版社200512．
[9]卿斯汉．密码学计算机网络安全．北京 清华学出版社 2007．
[10]金纯 许光辰 孙睿．蓝牙技术．电子工业出版社20083．
[11]谢兴红林强吴雄英．单片机基础实践[M]．北京北京航空航天学出社2009．
[12]立民．单片机高级教程第1版．北京：北京航空航天学出版社20071023．
[13]洗富初陈永光．蓝牙系统简介应[J]．半导体技术201065．
[14]D G LeeperUltrawidebandthe next step in shortrange wireless 2003
IEEEMTTS International Microwave Symposium Digest June 2007
[15]Federal Communications CommissionRevision of part 15 of the Commission Rules Regarding UltraWideband Transmision Systems NPRM 00163May 102007
[16]Cassioli DWin M ZMolisch A FA Statistical Model for the USB Indoor ChannelVTC 2006
[17]CSRSingle Chip Bluetooth vl2 System Production Information Data sheet for BC358239A2005－9
[18] 李勤张浩军等线局域网安全协议研究实现计算机应2005
[19] 刘安线局域网（WLAN）原理技术应[M]陕西：西安电子科技学出版社200415
[20] 陈文周WiFi技术研究应[J]北京数通信2008(2)2124
[21] 冯博琴计算机网络通信[M]北京济科学出版社2001
[22]
[23] 孙宏杨义先线局域网协议8021安全性分析[J]电子学报200331(7)
[24] 段水福历晓华段炼线局域网（WLAN）设计实践[M]浙江学出版社2007
[25] 吴振网软件性工程框架干关键技术研究[D]北京北京邮电学2008
[26] 王群非常网——网络基础[M]北京民邮电出版社2006221223
[27] 衡友越李江华仲红等设计模式业务逻辑层中应[J]西安电子设计工程2009(17)78
[28] H3CWLAN集中式网络理技术手册[Z]杭州2008
[29] [美]莫里斯田斌等译线通信[M]电子工业出版社2008
[30] [美]Vito Amato 思科网络技术学院教程韩江等译[M]北京民邮电出版社2003
[31] [美]Christian Barnes线网络安全防护刘堃等译[M]北京机械工业出版社2003
[32] Wayne LewisPhDCCNA ExplorationLAN交换线[M]民邮电出版社2009(2)
[33] [美]拉帕波特线通信原理应(第二版)电子工业出版社2004
致谢
文鲁旭涛老师悉心指导完成次文完成程中始终受鲁老师支持帮助文选题文成稿凝聚着鲁老师心血关怀
回顾做毕业设计月通鲁老师提供资料耐心讲解整学四年学知识更深刻认识课题研究等专业方面力提高更加解学专业知识实践应方面发挥重作鲁老师渊博知识深刻洞察力丰富实践验严谨勤奋工作作风易态度正直格魅力求断创新风格留深刻印象做做事方面受益匪浅永远学楷模谨鲁老师表示诚挚谢意崇高敬意
时衷心感谢答辩委员会文进行评阅评议全体专家帮助老师学
附录 原器件清单
序号
元件名称
数量
规格备注
1
芯片
BC212015BDNE4
1
96脚
2
芯片
MBM29LV800BA90
1
48脚
3
芯片
TN425820
1
38脚
4
芯片
XC6204B182MR
1
5脚
5
芯片
MDR741F
1
4脚
6
芯片
BALUN
1
6脚
7
芯片
HHM1517
1
4脚
8
电容
2
1μF
2
1000pF
4
30pF
4
033μF
6
01μF
9
电阻
2
1KΩ
1
20kΩ
1
100kΩ
1
47kΩ
1
10KΩ
1
150Ω
10
电感
2
50uh
1
100uh
附录二 系统电路原理图
附录三 系统电路PCB图
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