摘 要： 采用CSR公司單芯片藍牙IC—BlueCore5-Multimedia External（BC5）作為核心器件，以SST公司的Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K作為外圍存儲器件，用來存儲系統固件、系統密鑰和系統設置等，并設計了電源電路、晶振電路、天線接入電路和復位電路等外圍電路，從而搭建出一個具有低成本、低功耗、小體積等特點的BC5藍牙通信模塊。
關鍵詞： BC5；藍牙模塊；藍牙通信；低成本；低功耗
藍牙技術[1]給消費者打開了一個無線的時代，徹底地擺脫了連線的束縛，盡情地享受著無拘無束的視聽樂趣。在藍牙通信系統中，最重要的部分是藍牙通信主模塊，它是整個系統的心臟。承擔著信號發送、接收、處理以及去噪等眾多關鍵任務。本文針對CSR公司新推出的一款成熟的第五代產品BC5設計一款藍牙通信模塊。BC5相對前幾代的產品具備以下優點[2]：
(1)完全符合藍牙V2.1+EDR規范；
(2)具備-90 dBm的接收靈敏度和8 dBm的發射功率；
(3)64 MIPS Kalimba DSP 協處理器；
(4)16 bit內部立體聲編碼解碼器:嵌有信噪比可達95 dB的數模轉換器；
(5)低至1.5 V的操作電壓，并提供1.8 V~3.6 V的I/O操作電壓；
(6)集成有1.5 V和1.8 V的線性穩壓器，開關式穩壓器和電池充電器；
(7)最大可支持32 Mbit的外部Flash內存；
(8)8 mm×8 mm×1.2 mm, 0.5 mm pitch 169-ball TFBGA的小型封裝。
1 模塊整體方案設計
整個模塊是圍繞在BC5和Flash兩塊最主要的IC上進行設計和制作的。因此，主要由BC5和Flash決定了模塊大小、硬件布局、PCB設計復雜度和制板工藝。其中BC5單芯片的內部結構由2.4 GHz射頻、RAM、基帶DSP、MCU、Kalimba DSP和I/O等部分構成[2]，功能集成度高，所需外圍器件少。
Flash芯片SST39WF1601A-90-4C-B3K的內部各功能單元及各單元間信號流向如圖1所示。
SST39WF1601A-90-4C-B3K芯片是一款典型的16 MB的高速Flash，讀寫周期只有90 ns，1.8 V的低操作電壓，只有0.8 mm的球間距及6 mm×8 mm大小的BGA封裝[3]。圖1中展示了Flash與BC5需要連接的有三大類信號線：控制線、地址線和數據線。再加入相應的操作電壓及接地線，便可實現兩者的相互聯接。
Flash與BC5之間的連接是模塊連接中的主要部分，但要搭建整個模塊還需要設計電源電路、晶振電路、天線接入電路和復位電路等必備外圍電路。模塊系統組成框圖如圖2所示。
從圖2中可以看到整體方框內包含上述所有的單元電路，在系統方框的外部還標出了外接天線的接入點和模塊可外接的I/O端口，端口的功能與所標注名稱一致。
2 模塊電路圖設計
2.1 BC5與Flash連接電路圖
由圖1中可以看到，Flash的連接主要由控制線、地址線和數據線組成。因此，在原理圖的繪制過程中，只要把三類線分別接好，再加上操作電壓和接地等部分便可完成Flash的連接。雖然在電路圖的設計中并不顯復雜，但正是由于此部分的連線是整個模塊中最繁多的，并且由于兩塊IC的特殊封裝,導致在后面的PCB制作過程中，此部分是整個模塊中最復雜的一部分，具體介紹可見PCB設計部分。與Flash連接的詳細電路如圖3所示。
2.2 天線接入電路
在模塊RF前端要有天線引入電路，在此設計中使用來自Soshin公司的一款芯片DBF81F104。線路連接時,只需把芯片的BAL引腳4和6連至BC5的K1和L1。UNBAL引腳1連接到外接天線，DC端連接到1.5 V即可。
2.3 晶振電路和復位電路
在此設計中選用NDK公司型號為NX3225DA的晶振，其基振頻率為26 MHz，采用3225表面貼裝技術。此晶振只需要通過12 pF的電容穩定后連到BC5引腳R1和R2便可實現。
復位電路非常簡單，主要用到一個微型復位開關，這里選用Diptronics公司的MPTLGP1-VT/R,開關只要連接于BC5的RST#(G13)和地之間。
2.4 電源電路
電源電路分為外接電源和內部電壓供應兩部分。外接電源電路部分，如圖4所示。
圖4中,在第一個方框內，VBUS表示外接充電電壓，此電壓一方面直接加到BC5的引腳A12上，這部分可以為外接的鋰電池等可充電電池充電。線路上4.7 μF的電容C5為電路起穩定作用。另一方面VBUS通過一個LDO線性電壓穩壓器U2為USB接口提供3.3 V的穩定電壓，見圖中第三個方框。元件U2可以選用產自Torex公司的XC6219A332MRN。第二個方框內繪制的是外接電池電路，VBAT+和VBAT-分別接入到鋰電池的正負極。BAT_P網絡直接接到BC5的引腳B13上。
電源電路的另一部分就是芯片內部電壓供應。這部分的電壓來源主要由芯片BC5內部的兩個1.5 V線性穩壓器和一個1.8 V開關穩壓器提供。BC5內部還有一個1.8 V的線性穩壓器，在此處沒有用上它，相應的引腳給予懸空。產生的1.5 V和1.8 V電壓分別接入到芯片和電路各處的電壓引腳。
3 PCB制作要點
考慮到兩個IC的封裝大小和引腳距離以及布線的情況，模塊的電路板采用四層板設計。
從上至下，層的用途分別劃分為：
(1) 頂層：放置元件和布信號線；
(2) 第二層：鋪地線，布Flash連線；
(3) 第三層：鋪電源線；
(4) 底層：布其余信號線。
在BC5與Flash布線時，控制線、地址線和數據線均布在第二層。考慮到BC5的特殊封裝，需要在相應的焊盤上鉆盲孔把信號線引至第二層，方便成功布線。這兩者之間的布線工作最繁瑣，且容易出錯。整個電路板的總大小為20 mm×22 mm。
基于BC5的優良特性設計的藍牙通信模塊具備良好的通信功能和傳輸質量，可被廣泛應用于高質量立體聲或單聲道無線耳機、車載免提裝置、無線揚聲器、免提網絡電話、模擬或USB多媒體藍牙適配器和藍牙網關等許多設備上。
參考文獻
[1] 錢志鴻，楊帆. 藍牙技術原理、開發與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.
[2] Cambridge Silicon Radio Limited. BlueCore5-Multimedia External Product Data Sheet[Z]. 2007.
[3] SST, Inc. SST39WF1601 Product Data Sheet[Z]. 2006.