藍(lán)牙無線電調(diào)制解調(diào)器Siw1701原理與應(yīng)用

 摘要：Siw1701無線電調(diào)制解調(diào)器是用來解決藍(lán)牙無線通信用的單片集成電路。芯片內(nèi)部包含一個(gè)2.4GHz無線電收發(fā)器、GFSK調(diào)制解調(diào)器和數(shù)字控制功能電路。Siw1701可與Siw1750/1760鏈接控制或者其它微控制器組合，構(gòu)成藍(lán)牙無線通信產(chǎn)品。

    關(guān)鍵詞：藍(lán)牙 調(diào)制解調(diào)器 嵌入式 無線收發(fā)器

1 SiW1701簡介

SiW1701無線電調(diào)制解調(diào)器是Silicon Wave's Odyssey公司推出的用來解決藍(lán)牙無線通信用的IC，頻率范圍2400～2800MHz，接收機(jī)靈敏度-80～85dBm，射頻輸出發(fā)射功率-4～+4dBm，睡眠模式電流消耗7～90μA。SiW1701完全符合藍(lán)牙1.1規(guī)格，適合2級(jí)或3級(jí)發(fā)射功率分類，或者有外部電路的一級(jí)功率分類。直接轉(zhuǎn)換的無線電結(jié)構(gòu)與集成的VCO和頻率合成器只需要很少外部組件。集成的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換在無線電和GFSK調(diào)制解器之間I/O信號(hào)。完整的GFSK調(diào)制解調(diào)器包含數(shù)字調(diào)制器。信道時(shí)限校正和比特限制器。集成的0dBm發(fā)射激勵(lì)器（末級(jí)前置放大器），有8個(gè)輸出功率等級(jí)控制。通過數(shù)字接口可與藍(lán)牙控制器Ics直接接口。對(duì)功耗進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，睡眠模式電流消耗7～90μA。工作溫度-40～+85℃。

圖1 SiW1701內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

    SiW1701無線電解調(diào)器適合所有需要一個(gè)無線電連接的應(yīng)用。它是應(yīng)用了藍(lán)牙無線技術(shù)、低功率和高性價(jià)比的方案�？蓱�(yīng)用于手持移動(dòng)電話及其附件、辦公電腦、筆記本電腦和打印機(jī)、PDAs（個(gè)人數(shù)字助理）、個(gè)人備忘記事本和移媒體設(shè)備、數(shù)字相機(jī)和游戲手柄，遙控車鎖等。

2 SiW1701內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

SiW1701采用MLF-48封裝，內(nèi)部結(jié)解調(diào)器內(nèi)，為了轉(zhuǎn)換到一個(gè)外部設(shè)備，使用數(shù)據(jù)檢測(cè)和定時(shí)恢復(fù)回路來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。發(fā)射進(jìn)程控制恰好以相反的順序進(jìn)行。數(shù)據(jù)控制功能和一個(gè)編程接口，允許無線電調(diào)制解調(diào)器控制和一個(gè)柔性的接口一起，連接到外置藍(lán)牙鏈接控制器芯片上。為了有效地進(jìn)行功率控制，此無線電的每個(gè)部分都可在不用時(shí)被關(guān)閉。主時(shí)鐘基準(zhǔn)和低功率時(shí)鐘用來提供時(shí)鐘信號(hào)到外部設(shè)備和SiW1701。發(fā)射的信號(hào)是被GFSK調(diào)制過的數(shù)據(jù)，在芯片產(chǎn)生一個(gè)+4dBm的無線電輸出，并允許提供給外置放大器一個(gè)功率控制信號(hào)。

（1）無線電接口

無線電接口允許通過一個(gè)外部線路與發(fā)射和接收藍(lán)牙無線電信號(hào)的天線連接；可以使用外部發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換和功率放大器的控制信號(hào)；需要外部阻抗匹配和不平衡變壓器回路完成接到天線的接口。信號(hào)描述如表1所列。

表1 信號(hào)描述

引  腳 名  稱

說    明

4 RF_OU 發(fā)射器射頻輸出 3 RF_IN 射頻輸入到接收器 7 IDAC 外部功率放大器的功率控制，此輸出提供個(gè)可變的電流源，可用來控制外部功率放大器 33 TX-RX-SWTTCH 輸出信號(hào)指示無線電的電流等級(jí)。極性可以編程。默認(rèn)設(shè)置：高電平時(shí)不射模式，低電平時(shí)發(fā)射模式

（2）調(diào)制解調(diào)器接口

調(diào)制解調(diào)器接口在SiW1701和外部控制器IC之間傳輸藍(lán)牙數(shù)據(jù)。SiW1701上的可編程接口可以被設(shè)置成多種操作模式。接口的編程是通過內(nèi)置寄存器實(shí)現(xiàn)的。調(diào)制調(diào)解器接口信號(hào)說明如表2所列。

（3）時(shí)鐘信號(hào)

32MHz時(shí)鐘用來作為射頻電路的基準(zhǔn)，也為大部分內(nèi)部數(shù)字電路提供時(shí)鐘信號(hào)和為外部處理器提供定時(shí)信號(hào)，說明如表3所列。

表2 調(diào)制調(diào)解器接口信號(hào)說明

引  腳 名  稱 方  向

說      明

23 TX_DATA I 發(fā)射數(shù)據(jù) 24 RX_TX_DATA I/O 接收數(shù)據(jù)或進(jìn)發(fā)射數(shù)據(jù)（當(dāng)設(shè)置為雙向I/O時(shí)） 22 CD_TXEN I/O 具有載波檢波和發(fā)射啟動(dòng)雙重功能。此雙向信號(hào)可以通過內(nèi)置寄存器激活。在發(fā)射期間，此引腳可以用來作為一個(gè)輸入信號(hào)指示正確的發(fā)射數(shù)據(jù)（TXEN）；在接收期間，此引腳可以用來作為輸出信號(hào)指示載波檢波（CD） 28 RX_CLK O 接收時(shí)鐘輸出，為藍(lán)牙分組數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)的1MHz定時(shí)。可按需要禁止輸出 20 ENABLE_RM I 使能SiW170lg工作 21 HOP_STRB I 由鏈路控制器產(chǎn)生的俁，用來指示TX或RX上升沿的開始 27 BB_CLK O 時(shí)鐘輸出，輸出到基帶回路。時(shí)鐘頻率可編程為32MHz輸入時(shí)鐘的1/1、1/2、1/3或1/4 32 REXET_N I 僅用于數(shù)字電路復(fù)位。狀態(tài)機(jī)構(gòu)和內(nèi)置寄存器復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)。此信號(hào)應(yīng)具有10μs的最小脈沖寬度。注意：當(dāng)RESET_RM被激活時(shí)，BB_CLK將被禁止 17 PROTOCOL I 設(shè)置接口協(xié)議，“0”標(biāo)準(zhǔn)模式

表3時(shí)鐘信號(hào)

引  腳 名  稱 方  向

說     明

1 XTAL-P/CLK I 系統(tǒng)時(shí)鐘晶體振蕩器正輸入或者基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入 48 XTAL-N I 系統(tǒng)時(shí)鐘晶體振蕩器負(fù)輸入，或者基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入時(shí)，此引腳端不連接 27 BB_CLK O 時(shí)鐘輸出，輸出到基帶電路�？梢蕴峁�4個(gè)時(shí)鐘頻率：12、13、16、32MHz

（4）串行編程接口

通過串行編程接口（SPI）來訪問SiW1701IC的內(nèi)部寄存器。SPI是一個(gè)可以由時(shí)鐘控制加速到4MHz的同步串行接口。SPI通信使用4種信號(hào)，見表4所列。

表4 SPI可編程接口

引  腳 名  稱 方  向

說    明

26 SPI_RXD I SPI接收端口，寫/輸入 30 SPI_TXD O SPI發(fā)射端口，讀/輸出 31 SPI_CLK I SPI總線的同步數(shù)據(jù)發(fā)射使用的時(shí)鐘輸入 29 SPI_SS I 從屬選擇輸入。選擇SiW1502IC作為一個(gè)發(fā)射的目標(biāo)

（5）其它I/O

表5中的引腳由無線電調(diào)制解調(diào)器的各種模擬和數(shù)據(jù)電路使用。

表5 其它I/O

引  腳 名   稱 方  向 描    述 41 VREFP_CAP I 內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的退耦電容。建議值=100nF 42 VREFM_CAP I 內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的退耦電容。建議值=100nF 43 VC_CAP I 內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換所依據(jù)的電壓的退耦電容。建議值=100nF 44 VTUNE I VCO調(diào)諧控制輸入 16 CHRG_PUMP I PLL充電泵輸出，到外部環(huán)路濾波器電路

表6 電源和接地引腳

引  腳 名    稱 方   向

說    明

6 VCC I 模擬3V電源輸入 36 VBATT_DIG I 數(shù)字3V電源輸入 8 VBATT_ANA I 用來提供芯片內(nèi)低功率調(diào)節(jié)器電源 9 VCC_OUT O 芯片內(nèi)低功率穩(wěn)定器的輸出（模擬部分） 35 VBB_OUT O 芯片內(nèi)低功率穩(wěn)定器的輸出（數(shù)字部分） 25 VDD_IO I 電源電壓到芯片接口 5,14,37 GND I 接地引腳（總共3個(gè)）。另外，在插件的中心有一個(gè)可提供更好的 10 REG_BYPASS O 接電源旁路電容 19 ENABLE_MOSFET O 控制外部的電源電壓開關(guān)

（6）電源和接地

SiW1701的數(shù)字和模擬電路建議使用單獨(dú)的3V電源。電源和接地引腳如表6所列。另外，芯片的中心有一個(gè)可提供更好接地功能的接地腳。

圖3 SiW1701應(yīng)用電路

3 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

操作中，需要SiW1701芯片的無線電和調(diào)制解調(diào)器接口、串行編程接口（SPI）和2個(gè)時(shí)鐘輸入。無線接口允許通過一個(gè)外部電路與發(fā)射和接收藍(lán)牙無線電信號(hào)的天線連接；可以使用外部發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換和功率放大器的控制信號(hào)；需要外部阻抗匹配和不平衡變壓器回路來完成接到天線的接口。調(diào)制解調(diào)器接口在SiW1701和基帶控制器芯片之間傳輸外部控制的藍(lán)牙數(shù)據(jù)。SiW1701上的可編程接口可以根據(jù)需要設(shè)備成多種操作模式。接口的編程是通過內(nèi)置寄存器來實(shí)現(xiàn)的。32MHz時(shí)鐘是作為射頻電路時(shí)鐘基準(zhǔn)，為大部分內(nèi)部數(shù)字電路提供時(shí)鐘信號(hào)，也為外部處理器提供定時(shí)信號(hào)。串行編程接口用來訪問SiW1701芯片的內(nèi)部寄存器。SPI是一個(gè)可以由時(shí)鐘控制加速到4MHz的同步串行接口。SPI通信使用4種信號(hào)。SPI_SS，低電平有效，它改變SiW1701選擇。注意在每次數(shù)據(jù)發(fā)射后，不必終止串行時(shí)鐘。此接口的方框圖如圖2所示。SiW1701應(yīng)用電路如圖3所示。

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