Bluetooth технические требования, практическая реализация

         

Пути снижения себестоимости проектируемых устройств Bluetooth


Существует несколько технических и коммерческих условий, которые следует учи­тывать при проектировании Bluetooth-систем. Основными факторами успешного проектирования устройств являются: простое управление, низкая стоимость, ма­лые габаритные размеры и низкое потребление мощности [31].

Технические требования Bluetooth удовлетворяют критерию простого управле­ния.

Остальные критерии могут быть удовлетворены компаниями, производящими полупроводниковые электронные компоненты Bluetooth. Говоря о стоимости, надо иметь в виду, что она складывается из стоимости системы, ее разработки и произ­водства.

Стоимость системы зависит от количества интегральных схем в сборке чипа и количества и типа требуемых внешних компонентов. Очевидно, что здесь решаю­щими являются схемы с очень высокой степенью интеграции (Very Large Scale Integration — VLSI), а именно содержащие память, фильтры и т.д. и изготавливае­мые на подложках большого диаметра.

Оптимизация программного обеспечения, используемого в системе, позволяет уменьшить необходимый объем памяти и как следствие уменьшить стоимость Bluetooth устройства. Для производства малого и среднего количества модулей Bluetooth, собственная (внутрифирменная) разработка этих модулей слишком до­рога, поэтому рекомендуется использовать законченные решения от сторонних производителей. Стоимость производства может быть уменьшена за счет малого времени производственного цикла. Кроме того, для уменьшения стоимости произ­водства общее количество компонентов в любом изделии Bluetooth должно быть сведено к минимуму.


Для достижения малых размеров устройств Bluetooth, требуемых, например, для голосовых приложений или для использования в беспроводном телефоне, необхо­димы малогабаритные VLSI-схемы и компактные корпуса чипов. При производст­ве RF модулей преимущественно должна быть использована технология низкотем­пературной совместно обожженной керамики (Low Temperature Cofired Ceramic — LTCC), т.к. она позволяет хорошо интегрировать пассивные элементы.
При произ­ водстве схем Bluetooth должны использоваться технологии полупроводниковых процессов с малым током потребления, такие как комплементарная металло-ок-сидная полупроводниковая (Complementary Metal Oxide Semiconductor — CMOS) и биполярная CMOS технология (BiCMOS). Все это наряду с эффективно спроек­тированным чипом, программной оптимизацией и оптимизированным управлени­ем мощностью позволяет снизить себестоимость устройств.



Рис. 3.34. Эволюция решения radio/controller неизбежно приводит к разработке одночипового решения, совмещающего функции RF и Baseband

В качестве примера тесных рабочих взаимоотношений между поставщиками ус­тройств и производителями оборудования Bluetooth можно привести опыт сотруд­ничества фирмы Philips Semiconductors и Ericsson Inc., создавших партнерство для разработки блока чипов Bluetooth. Как участник этого партнерства, компания Philips предоставила свою платформу специализированных интегральных схем (Application Specific Integrated Circuit — ASIC), свою технологию процессов CMOS и QuBIC, и опыт массового производства чипов для систем цифровой евро­пейской беспроводной связи (DECT). (Стандарт DECT подобен Bluetooth в отно­шении требований к компонентам радио и baseband-обработки.) Как производи­тель оборудования и соучредитель Bluetooth SIG, компания Ericsson сделала вклад в обеспечение взаимодействия в виде своего ядра «Golden Bluetooth Core», наряду с программным обеспечением и проведением производственных испытаний.

На рис. 3.34 изображен процесс эволюции проектирования Bluetooth от перво­начальной ASIC до последнего VLSI решения на двух чипах.

Первоначальное проектирование включало baseband-процессор VWS26002 и RF-приемопередатчик UAA3558. Разработка baseband-процессора Bluetooth с ин­тегральным процессором ARM (компания Advanced RISC Machines — производи­тель микропроцессоров (http://www.arm.com)) началась еще в 1999 году и привела к созданию baseband-процессора модели VWS26002, подходящего для работы в ре­жиме point-to-point.



Модель приемопередатчика UAA3558 построена по схеме с низкой промежуточ­ной частотой (Low Intermediate Frequency — LIF), и благодаря этому она экономи­чески эффективна и хорошо интегрирована.



Одним из последних решений является высоко интегрированное построение уст­ройства на двух чипах с baseband-контроллером модели PCD87750 (с кодовым на­званием «Blueberry») и приемопередатчиком UAA3558. Baseband-контроллер PCD87750 (рис. 3.35) содержит мощный 32-х битный микропроцессор ARM7/TDMI, процессор Ericsson Bluetooth Core (ЕВС), 384-х килобайтную много­кратно программируемую память (MultiTime-Programmable — МТР) вместе со SRAM емкостью 64 кбит (для использования с программным обеспечением Ericsson) или 32 кбит (для оптимизированного программного обеспечения Philips). Для поддержки максимально большого диапазона приложений были интегрирова­ны несколько интерфейсов: последовательно-параллельные интерфейсы (Serial Parallel Interface — SPI), импульсно-кодовая модуляция (РСМ), универсальная по­следовательная шина (USB), интерфейс универсального асинхронного приемопере­датчика (UART) и двадцать один ввод/вывод общего назначения (General Purpose Input Output — GPIO) вместе с аналого-цифровым преобразователем (Analog-to-Digital Converter — ADC) для передачи речи. Чип спроектирован для производства с технологическими нормами 0,25-микрон CMOS-технологии с напряжением пита­ния +2,7 VDC и поставляется в компактном корпусе LFBGA81, размером 9x9 мм.

Приемопередатчик модели UAA3558 включает в себя все требуемые функции передатчика и приемника, включая генератор, управляемый напряжением (Voltage Controlled Oscillator — VCO) и схемы синтезатора частоты. Благодаря своей LIF архитектуре, все фильтры могут быть интегрированы и не надо будет использовать дорогие дополнительные фильтры на поверхностных акустических волнах (Surface Acoustic Wave — SAW) или керамические фильтры.

Требуется менее 40 внешних компонентов, вместе с конденсаторами и резисто­рами.


Это составляет примерно половину от количества компонентов, требуемых для построения Bluetooth радио стандартного супергетеродина.

Чувствительность приемника UAA3558 достигает —90 дБм и, следовательно, на 20 дБм лучше, чем соответствующий параметр, указанный в технических требова­ниях Bluetooth. Baseband-контроллер управляется быстродействующей трехпро-водной последовательной шиной. Принимая во внимание потери на соединение между блоком и антенной, уровень сигнала RF выхода составляет +4 дБм для до-



Рис.3.35. Baseband-контроллер содержит ядро мощного микропроцессора и встроенную память

стижения мощности передатчика 0 дБм. Для увеличения зоны действия системы Bluetooth при необходимости может быть подключен дополнительный усилитель мощности. Схема приемопередатчика UAA3558 спроектирована для BiCMOS про­цесса, который требует технологических норм минимум 0,5 микрон. Приемопере­датчик может поставляться в корпусах LQFP32 или VQFN32. Оба корпуса имеют размеры 5x5 мм. Конструирование изделий с использованием этой интегральной схемы оказывается сравнительно простым и при производстве не требуется ника­кой настройки. На рис.3.36 изображена экспериментальная плата приемопередат­чика Bluetooth с дополнительным усилителем мощности для увеличения дальнос­ти действия системы.

Чтобы еще больше упростить RF части системы Bluetooth, существует модель полного радиомодуля BGB100 «TrueBlue». Модуль, габариты которого 12 х 12 х 12 мм, содержит ИС приемопередатчика.иАА3558 и все вспомогательные элемен­ты схемы на подложке LTCC. Не требуется никаких дополнительных внешних компонентов, а антенна и baseband-контроллер могут быть подключены прямо к Модулю. Модуль позволяет получить мощность 0 дБм на соггласованную нагрузку







50  Ом.  Для  обеспечения  электромагнитной  совместимости  (Electromagnetic-Compatibility — EMC) модуль приемопередатчика помещается в экран.


Рис. 3.36. Схема приемопередатчика UAA3558

Увеличить дальности действия системы Bluetooth с 10 метров до 100 метров, можно путем добавления выходного усилителя мощности (Power Amplifier — PA).


Для этой цели подходят два Тх-усилителя от Philips Semiconductors. Модель UAA3591 обеспечивает высокий КПД и таким образом, имеет малое потребление тока. Эта модель позволяет получить +23 дБм мощности на выходе, которая после учета всех потерь обеспечивает приблизительно +20 дБм выходной мощности в антенне. Этот усилитель размещается в корпусе MLF16, имеющем габариты 4 х 4 мм. Другим простым, но менее эффективным решением, является 2,4 ГГц-й уси­литель типа BGA2450. Он позволяет получить выходную мощность около +20дБм с КПД равным 30% и поставляется в корпусе SOT-457 с габаритами 3x3 мм.

Программное обеспечение Bluetooth для этого блока чипов имеет модульную структуру. Philips Semiconductors предоставляет нижние уровни интерфейса хост-контроллера, которые включают программное обеспечение Ericsson и собственную оптимизированную версию. Прикладное программное обеспечение, выполняемое по техническим условиям заказчика, производят партнеры по программному обес­печению, такие как S3, Inventel, Widcomm и AVE.

Еще большее распространение рынка интерфейсов Bluetooth потребует дальней­шего снижения цен. Этого можно достигнуть путем создания одночипового реше­ния, которое означает, что Радио Bluetooth должно быть интегрировано в RF CMOS технологию. С применением 0.13 микронной технологии CMOS, эта цель коммерчески может быть осуществима, хотя на практике придется решать слож­нейшую задачу внутричиповой интерференции между RF и baseband сигналами. Решение этой проблемы потребует нескольких циклов разработки. Как промежу­точное решение может рассматриваться многочиповый модуль в котором RF и baseband-чип расположены в общем корпусе [32, 33].

Необходимо иметь в виду, что разработка одночипового решения возможна только при тесном сотрудничестве технологов с разработчиками и производителя­ми оборудования.

3.12.

Содержание раздела







Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий