引言

       針對不同的應用場合，各種功能高度集成的藍牙模塊日益增多。日立萬勝模塊MBM02就是這樣一款集成了射頻電路、基帶電路、晶振和不平衡變壓器(Balun)的通用藍牙模塊。使用MBM02開發(fā)藍牙設備可以使結構更加緊湊、設計更加簡潔。

       日立萬勝模塊簡介

       MBM02模塊符合藍牙V1.1標準，最大發(fā)射功率設計為2.5mW(4dbm)，工作電壓為3±0.3V，該模塊為11.5mm×11.5mm的正方形，厚度僅為1.8mm，對于藍牙耳機這樣對體積和重量要求都很高的移動設備來說極為適合。

       整個模塊結構中，BlueCore2-External藍牙芯片為模塊的核心。該芯片內部擁有自己的MCU，集成了射頻和基帶控制電路，并提供了豐富的外圍接口，包括UART、USB、PCM和12個PIO、AIO、SPI等。要注意的是USB和UART口必須分開使用。PCM接口用于語音信號的傳輸，PIO接口是通用的I/O口，可以接入按鈕和指示燈，SPI接口一般用于調試，這里可用于對Flash中的軟件代碼進行升級。

       模塊內置了16MHz的晶振，為芯片提供工作時鐘，一塊4M Flash用于存放代碼。從圖1中還可以看到，模塊集成了不平衡變壓器和帶通濾波器，這樣在使用模塊時就可以直接外接微帶天線。另外，模塊還內置了一個穩(wěn)壓電路為Balun等提供1.8V的工作電壓。因此，從整個模塊結構來看，只要擴展電源控制電路及相應的外圍接口電路即可完成一些簡單藍牙設備的硬件開發(fā)。

       藍牙耳機的設計

       總體結構

       使用MBM02開發(fā)藍牙耳機主要包括這樣幾個部分：功能按鍵和狀態(tài)指示、PCM編解碼和電源的提供及監(jiān)測電路。

       功能按鍵和狀態(tài)指示電路

       主要考慮如何使用模塊的PIO口，模塊開放了PIO0~PIO7共8個輸入/輸出口，在設計中使用情況如下：PIO7~PIO4用于擴展四個功能按鍵，控制接聽與掛機、音量增大、音量減小、睡眠模式與待機模式的轉換控制。

       PIO3~PIO2接LED指示燈用于狀態(tài)指示，表示當前所處狀態(tài)是匹配模式還是連接待機模式。

       PIO1、PIO0為復用的I/O口，既可以控制內部功放也可以作為一般I/O口使用。由于藍牙耳機的通信距離一般保持在3~5m，不需要打開內部功放，所以此處使用PIO1作為一般I/O口來控制PCM編解碼器的打開和關閉，PIO0保留。

       PCM編解碼電路

       PCM編解碼器通過13bit的雙向脈沖編碼調制接口直接與藍牙模塊相連，模塊通過這個接口發(fā)送和接收數(shù)字語音信號。PCM接口主要由四路信號組成：PCM_SYNC為8KHz的同步信號，PCM_CLK為最高256KHz的連續(xù)時鐘信號，PCM_IN接收經(jīng)過編碼的麥克風語音信號，PCM_OUT將接收到的遠端藍牙傳來的數(shù)字語音信號送給編解碼器，經(jīng)解碼驅動揚聲器輸出。此處使用了Motorola的MC145483編解碼芯片作為PCM編解碼器，這是一塊13bit的線性脈沖編碼調制芯片，可以提供高質量的語音通信，而且外圍電路簡單，通過調節(jié)相應的電阻比值即可改變麥克風和揚聲器的增益大小。

       電源電路

       電源電路由穩(wěn)壓電路和電壓監(jiān)測電路構成。由于模塊內置了1.8V的穩(wěn)壓電路，這里只需添加3V的穩(wěn)壓電路。本文采用3.6V或4.2V的鋰電池供電，經(jīng)XC6209穩(wěn)壓成3V后輸出供給整個耳機工作。電壓監(jiān)測電路主要起保護作用，正常情況下，XC61C輸出與輸入相同，不影響耳機的工作。當鋰電池電壓過低時，為防止鋰電池過度放電，XC61C輸出低電平送給穩(wěn)壓芯片的使能端CE，關閉XC6209，切斷對耳機的供電，達到保護的目的。為了減小耳機體積和成本，對鋰電池的充電管理電路單獨做在充電器中。

       藍牙耳機是一種使用電池供電的移動設備，當建立語音連接時平均電流為33.5mA，最大可達60mA，待機時平均電流為47mA。為了延長耳機的使用時間，必然要最大限度地降低整個電路的功率損耗，除了選用低功耗器件外，本文還采取了以下幾個措施：

       1. 藍牙耳機在不工作時盡量處于休眠模式而不是待機模式，有電話時，通過軟件設置喚醒耳機進入工作狀態(tài)，處于休眠模式時電流可以控制在mA級，大大延長了電池的使用時間。

       2. 使用PIO1控制編解碼器的打開與關閉。在沒有語音連接時，編解碼器一直是不工作的，當需要建立語音連接時，通過軟件對PIO1置高電平激活編解碼器，然后建立SCO進行通話。

       3. 改變麥克風的偏置。通過電阻RK接在麥克風和編解碼器的VAG上，由VAG提供偏置，而不是由VREG分壓引入，這樣，編解碼器不工作時，麥克風上沒有電流通過。

       4. 通過軟件控制PIO3、PIO2口的輸出電平來控制占空比。在不影響LED指示的情況下，盡可能延長燈滅的時間，并且在燈亮時采用快速脈沖控制，利用人眼的視覺效應感覺燈在200ms期間也是一直亮著的，以減小在LED上的損耗。

       工作過程

       當耳機通上電源后，匹配模式指示燈開始閃爍，打開藍牙手機進行設備查找，找到設備后輸入PIN碼，匹配成功則連接模式指示燈開始閃爍，此時耳機即處于待機模式，可以正常工作了。當有來電時，耳機中也會傳來與手機同步的振鈴音，按下接聽按鍵，在耳機和手機之間就會建立起SCO鏈路傳輸語音，語音的傳輸速率為64kbit/s，接聽結束后，手機和耳機任意一方均可掛斷拆除SCO鏈路，耳機恢復待機模式。

       結語

       使用MBM02開發(fā)的藍牙耳機，在雙面布線和板載天線的場合，所需的PCB大小可以控制在28mm×35mm以內。這種高集成度的藍牙模塊使工程技術人員可以根據(jù)不同的應用場景快速開發(fā)藍牙設備，減小設備體積。