Bluetooth технические требования, практическая реализация
Фирмы Ericsson
Краткие характеристики спецификации Bluetooth vl.l:
• Технология Bluetooth применяется для замены кабелей, организации беспро
водных персональных сетей (WPAN), построения ретрансляторов для голосовых и
информационных каналов;
• Bluetooth устройства работают в нелицензируемом ISM (2.4 — 2.5 ГГц) диапа
зоне частот (рабочие каналы = 2.402 — 2.480 ГГц);
• Количество каналов = 79;
• Ширина канала = 1 МГц;
• Рабочая частота в каждом из 79 каналов задается по методу FHSS TDD;
• Длительность временного слота = 625 мксек;
• Битовая скорость в канале = 1 Мбит/сек;
• Два режима работы в пикосети мастер-устройство и подчиненное устройство;
• Возможность организации рассредоточенной сети scatternet (работа устройст
ва в нескольких пикосетях);
• Наличие асинхронных (ACL)- для передачи данных, и синхронных (SCO)-
для передачи голоса, каналов;
• 1, 3, 5-ти слотовые пакеты;
• Поддержка энергосберегающих режимов работы: SNIFF, PARK, HOLD;
• Разделение устройств по излучаемой мощности на три класса:
• класс 1 - от 1 мВт (0 дБм) до 100 мВт (20 дБм),
• класс 2 - от 0,25 мВт (-6 дБм) до 2,5 мВт (4 дБм),
• класс 3 — до 1 мВт (0 дБм).
3.4.1. Модуль Bluetooth ROK 101 007
Рис. 3.4. Внешний вид модуля Bluetooth ROK 101 007
 |
|
Рис. 3.5. Блок схема модуля Bluetooth ROK 101 007 |
Модуль Bluetooth ROK 101 007 (рис. 3.4) предназначен для встраивания беспроводного интерфейса связи Bluetooth в различные электронные устройства [22]. Модуль состоит из 3-х основных составляющих - микросхемы baseband-контроллера, микросхемы Flash памяти и микросхемы приемопередатчика (аналогичной микросхеме в радиомодуле Ericsson РВА 313 01/3).
Блок схема модуля представлена на рис.3.5. ROK 101 007 работает в безлицензионном ISM диапазоне частот 2.4-2.5 ГГц и поддерживает передачу данных и голоса. Соединение модуля с устройством, в которое он встраивается, осуществляется посредством USB v2.0 или UART/PCM интерфейсов. При подключении модуля к компьютеру через USB интерфейс, модуль подключается как USB ведомое устройство и, поэтому, не требует ресурсов компьютера. ROK 101 007 сертифицирован в соответствии со специфика-
цией Bluetooth vl.l с выходной мощностью передатчика равной 0 дБм (класс 2). Модуль поддерживает все приложения спецификации Bluetooth. Ключевые особенности модуля:
• Bluetooth vl.l сертифицирован;
• Организация связей с 7-ю подчиненными устройствами в пикосети по типу
точка — многоточка;
• Выходная мощность передатчика 0 дБм (класс 2);
• Соответствие нормам FCC и ETSI;
• Наличие дополнительных интерфейсов для разных приложений;
• UART только для данных (HCI логический интерфейс);
• РСМ только для голоса;
• USB для голоса и данных (HCI логический интерфейс);
• I2C интерфейс для управления внешними I2C устройствами;
• Внутренний кварцевый резонатор;
• HCI логический интерфейс (USB и UART интерфейсы).
Области применения:
• Компьютеры и периферия;
• Портативные устройства и аксессуары;
• Беспроводные точки доступа.
Основные характеристики модуля:
• Напряжение питания = 3.3 В;
• Частота кварцевого генератора =13 МГц;
Антенный выход:
• Выходное сопротивление - 50 Ом;
Передатчик:
• Выходная мощность = -6 -н+4 дБм;
• Внеполосное излучение соответствует спецификации Bluetooth vl.l;
Приемник (BER < 0.1%):
• Чувствительность = -77 дБм;
• Максимальный уровень входного сигнала = 13 дБм;
• Внеполосное излучение:
30 МГц - 1 ГГц = -74 дБм;
1 ГГц - 12.75 ГГц = -60 дБм;
• Избирательность в соответствии со спецификацией Bluetooth vl.l:
30-1910 МГц = +13 дБм;
1910-2000 МГц =+9 дБм;
2000—2399 МГц = -27 дБм (минимальное значение); 2484-3000 МГц = -14 дБм; 3000-12750 МГц = -5 дБм; Baseband-контроллер:
• Процессор - ARM7 TDMI™;
• Аппаратное Ericsson baseband ядро (ЕВС — Ericsson Bluetooth Core);
• LC;
• LM;
• LMP;
• HCI;
• Поддержка 3-х и 5-ти слотовых пакетов;
• Поддержка РСМ u-закона, РСМ А-закона и CVSD голосового кодирования;
Внешние интерфейсы модуля:
• UART (стандарт 16С550);
• USB v2.0 (полноскоростной режим — 12 Мбит/сек; поддержка Wake_Up и
Detach сигналов);
• РСМ (поддержка линейного закона, ц-закона, А-закона);
• 12С (управление интерфейсом через выделенные HCI команды).
3.4.2. Радио модуль РВА 313 02
Рис. 3.6. Внешний вид радио модуля РВА 313 01/3
СВЧ приемопередатчик РВА 313 02 (рис.3.6) предназначен для реализации физического уровня Bluetooth интерфейса в ISM диапазоне 2.4-2.5 ГГц. Применяется технология скачкообразной перестройки частоты (1600 скачков/сек) по 79 рабочим каналам (от 2.402 до 2.480 ГГц) с битовой скоростью 1 Мбит/сек, что соответствует максимально допустимой ширине канала в ISM диапазоне. Используется частотная манипуляция с фильтрацией модулирующего сигнала фильтром с гаус-совской характеристикой - GFSK. Модуль РВА 313 02 построен на основе специализированной микросхемы (ASIC) приемопередатчика, выполненной по технологии BiCMOS.
Антенный фильтр, приемный и передающий симметрирующие трансформаторы, переключатель и усилитель мощности интегрированы в радио модуль. Крепление модуля на поверхность платы осуществляется шариковыми выводами. Архитектура радио модуля представлена на рис. 3.7.
Ключевые особенности модуля:
• Bluetooth v 1.1 сертифицирован;
• Выходная мощность передатчика 100 мВт;
• Для построения функционально полного устройства дополнительно требует:
* Антенну;
* Резонатор 10—20 МГц или источник опорного синхросигнала 10—20 МГц;
Рис. 3.7. Архитектура радио модуля РВА 313 01/3
• Baseband-контроллер;
• Миниатюрный LGA-корпус 11.8 х 11.8 х 1.6 мм;
• Не требует внешнего экранирования;
Области применения:
• Точки доступа;
• Компьютеры;
• Портативные устройства и аксессуары;
• Модемы;
Архитектурные особенности модуля:
• Техника модуляции при разомкнутой петле синтезатора;
• Малопотребляющий генератор 3.2 кГц для энергосберегающих режимов рабо
ты Bluetooth;
• Программная подстройка кварцевого генератора и генератора 3.2 кГц;
Основные характеристики модуля:
• Напряжение питания = 2.7 В;
• Потребляемый ток:
Режим передачи = 50 мА;
Режим приема = 60 мА;
Антенный выход:
• Выходное сопротивление = 50 Ом;
Передатчик:
• Девиация частоты = 140-175 кГц;
• Дрейф несущей частоты при передаче пакетов: -
1 слот: ±25 кГц;
3 слота: ±40 кГц;
132
РАЗДЕЛ 3
ПРАКТИЧЕСКАЯ НЬАЛИЗАЦИЯ
• Выходная мощность =+14 ++20 дБм;
• Внеполосное излучение соответствует спецификации Bluetooth vl.l;
Приемник (BER< 0.1%):
• Чувствительность = -86 дБм;
• Максимальный уровень входного сигнала = +14 дБм;
• Внеполосное излучение:
2300 МГц — 3000 ГГц = -27 дБм (максимальное значение);
• Избирательность ( в соответствии со спецификацией Bluetooth vl.l):
30-880 МГц =+11 дБм
880-915 МГц =+11 дБм 915-1710 МГц = +11 дБм 1710-1785 МГц =+11 дБм 1785-1850 МГц =+11 дБм 1850-1980 МГц =+11 дБм 1980-2000 МГц =+11 дБм 2000-2100 МГц = 0 дБм 2100-2200 МГц = -10 дБм 2200-2300 МГц = -13 -27 дБм 2300-3000 МГц = -15 -27 дБм 3000-12750 МГц = -5 дБм Управляющий интерфейс:
• Последовательный (на базе JTAG), настройка модуля производится через ре
гистры.
3.4.3. Bluetooth Baseband контроллер РВМ 990 90/2
Рис. 3.8. Внешний вид Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2
Baseband контроллер РВМ 990 90/2 (рис. 3.8) основан на модульной архитектуре Ericsson Bluetooth Core (EBC) [22]. В качестве процессорного ядра применяется встроенный ARM7 TDMI RISC микропроцессор, взаимодействующий с ЕВС и периферийными интерфейсами, подсоединенными к внутренней системной шине АМВА™. Такая схема позволяет использовать контроллер как во встроенных приложениях, так и в системах, где приложение выполняется центральным процессо-
ром системы. Разнообразные стандартные внешние интерфейсы: USB, I2C, GPIO, PCM, UART, позволяют успешно применять РВМ 990 90/2 в стационарных и мобильных устройствах. Блок схема Baseband контроллера РВМ 990 90/2 представлена на рис. 3.9.
В основе контроллера лежит принцип совмещения аппаратных и программных средств, что позволяет создавать малогабаритные гибкие модульные системы для реализации приложений Bluetooth.
ARM7TDMI RISC процессорное ядро вместе с относящимся к нему блоками ОЗУ, ПЗУ, системным контроллером, модулем интерфейса с внешней шиной и внешней Flash памятью формируют процессорную часть, которая управляет режимами работы контроллера и взаимодействием протоколов внутри Bluetooth стека. Режим работы РВМ 990 90/2 задается программированием управляющих регистров.
Имеется возможность выбора между необходимой производительностью, потребляемой мощностью и конфигурацией.
 |
|
Рис. З.9. Блок схема Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2 |
ЕВС (Bluetooth DSP-блок), является блоком аппаратной поддержки ARM7TDMI RISC процессора. Здесь выполняются прямые и обратные задачи формирования пакетов: помехоустойчивое кодирование, скремблирование, формирование проверочного CRC поля, криптошифрование данных. Реализованные в блоке алгоритмы соответствуют спецификации Bluetooth vl.l.
Основные характеристики блока:
• Поддержка скорости передачи информации до 721 кбит/сек в ACL канале;
• Поддержка до трех одновременных голосовых SCO каналов;
• Аппаратная поддержка пакетов всех типов;
• Поддержка одного последовательного синхронного РСМ канала;
• Низкая потребляемая мощность;
• Поддержка режимов HOLD, SNIFF, PARK;
• Поддержка ключей криптозащиты размерностью до 128 разрядов;
• Высококачественная фильтрация голосовых пакетов;
• Различные способы кодирования голосового сигнала (CVSD, РСМ А-закон,
РСМ ц-закон);
• Организация пикосети с 7-ю подчиненными устройствами;
• Возможность переключения режимов «мастер» и «подчиненное устройство»;
• BlueRF радиоинтерфейс;
Подсистема памяти
• Размер встроенной памяти:
Статическое ОЗУ = 64 Кбайт;
ПЗУ = 4 Кбайт;
• Возможность адресации от 2 до 16 Мбайт внешней Flash памяти.
Взаимодействие с центральной (host) системой
Гибкость схемы контроллера предусматривает возможность использования его в системах с центральным процессором. Управление контроллером в этом случае осуществляется при помощи логического командного интерфейса HCI, посредством предусмотренных для этих целей стандартных интерфейсов USB и UART.
Интерфейсы контроллера USB
Реализует версию стандарта USB 2.0, поддерживает передачу данных со скоростью 12 Мбит/сек и имеет встроенные схемы драйверов.
UART1, UART2
В контроллере имеются два 16С550 совместимых порта UART1 и UART2. UART1 имеет 128-байтовое FIFO и поддерживает работу модема в полной конфигурации со скоростью до 921 кбит/сек. UART2 имеет 16 байтовое FIFO, две управляющие линии Тх и Rx, работает со скоростью до 230 кбит/сек и предназначен для управления схемой контроллера и начальной загрузки.
Интерфейс внешней шины
Интерфейс внешней шины позволяет подключать до 3-х банков индивидуально настраиваемой Flash памяти, каждый размером до 1024 К.
GPIO/I2C
РВМ 990 90 может задавать 10 выводов как универсальные входы — выходы. Для этих целей используются 8 выводов старшего байта данных и 2 выделенных вывода. Последние по включению питания сконфигурированы на 12С интерфейс. Функции всех выводов задаются программно. Максимальная скорость передачи информации поддерживаемая этим интерфейсом составляет 100 кбит/сек.
РСМ
Входит в состав ЕВС блока. Обеспечивает передачу голоса. Может работать в качестве ведущего или ведомого РСМ устройства. К функциям РСМ относятся:
• Синхронизация информационных потоков;
• Переключение направления передачи для двунаправленных сигналов;
• Преобразование из последовательного в параллельный коды;
Поддерживаемая скорость передачи информации от 200 кГц до 2 МГц в режиме
ведомого и 2 МГц в режиме ведущего. Переменная разрядность передаваемых информационных символов 8 или 16 разрядов.
Отладочный интерфейс JTAG
Использование отладочного интерфейса JTAG позволяет применить Multi-ICETM и среду отладки ADS 1.1™ фирмы ARM, Ltd.
Дополнительные характеристики контроллера:
Внешняя частота синхронизации — задается из ряда 12.60, 12.80, 13.00, 14.40, 16.80, 19.20 и 19.44 МГц;
Напряжение питания:
внутренней части схемы = 2,8 В;
внешнего интерфейса = 3,3 В;
 |
|
Рис. 3.10. Пример системы с использованием Bluetooth Baseband контроллера РВМ 990 90/2 |
Корпус — 96 выводной BGA, 8 х 8 х 0,85 мм;
ПКАМИЧЬ1ЖАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
Встроенное программное обеспечение состоит из программ протоколов стека Bluetooth и драйверов ЕВС, USB, UART, GPIO и 12С. В зависимости от уровня интеграции, протоколы стека либо ограничиваются программами LM и HCI при работе с центральной системой, либо включают протоколы стека в более полном объеме, необходимом для реализации встроенных приложений.
Рис. 3.11. Bluetooth-стек в системе с центральным процессором (уровни Baseband, LM, HCI)
|
Таблица 3.2. Общие характеристики |
|||
|
Без регулятора |
С регулятором |
||
|
Напряжение |
VDD1 |
(1,8 ± 0,1) В |
(3,3 ±0,1) В |
|
питания |
VDD2 |
(2,8-3,4) В |
(3,3 ±0,1) В |
|
VDD3 |
(1,7-3,4) В |
(3,3 ±0,1) В |
|
|
Ток потребления в спящем режиме |
20 мкА (кроме WML-C19AHN, который не имеет этого режима) |
||
|
Температурный диапазон |
От -40'С до +85Т |
||
|
Частотный диапазон |
(2402-2480) МГц |
||
|
Модуляция |
GFSK, 1 Мбит/сек, ВТ-0,5 |
||
|
Максимальная скорость |
Асинхронный режим: 723,2 кбит/сек/57,6 кбит/сек |
||
|
передачи |
Синхронный режим: 433,9 кбит/сек/433,9 кбит/сек |
||
|
Выходная мощность |
0 дБм (класс 2) |
||
|
Перестройка по частоте |
1600 скачков в сек, ширина канала 1МГц |
||
|
Чувствительность |
-82дБм |
||
|
Генератор |
16 МГц |
||
|
Хост-интерфейс |
Данные |
UART (BCSP или Н4) |
|
|
Голос |
РСМ-интерфейс UART |
||
|
Коэффициент усиления антенны |
2.14 дБи |
||
3.5. Bluetooth модули компании Mitsumi
Одним из мировых лидеров по выпуску модулей Bluetooth для широкого спектра приложений является компания Mitsumi (http://www.mitsumi.de). Все модули собраны на чипсете BlueCore компании CSR (http://www.csr.com). Поставкой Bluetooth модулей WML-C19 и WML-C20 на российский рынок занимается холдинг ПетроИнТрейд (http://www.petrointrade.ru).
Таблица 3.3. Характеристики передатчика
|
Минимальное значение |
Типовое значение |
Максимальное значение |
Размерность |
|
|
Выходная мощность |
-6 |
0 |
+4 |
дБм |
|
Точность установки частоты |
-75 |
0 |
+75 |
кГц |
|
Уровни побочных излучений в режиме передачи сигнала (30-1000) МГц: (1-12,75) ГГц: (1,8-1,9) ГГц: (5,15-5,3) ГГц: |
-36 -30 -47 -47 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Уровни побочных излучений в режиме отсутствия передачи (передатчик выключен) (30-1000) МГц: (1-12.75) ГГц: (1.8-1.9) ГГц: (5.15-5.3) ГГц: |
-57 -47 -47 -47 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Потребление тока |
57 |
70 |
мА |
Тип интерфейса: В = BCSP (UART)/H = Н4 (UART)
Регулятор напряжения 168 В: N = Нет/R = Есть
Встроенная антенна TDK HAN8030B2R4GT-000:N = Нет/А - Есть
Bluetooth HCI модули серии WML- C19 поддерживают второй класс выходной мощности и содержат встроенную 8Мбит флэш-память, приемопередатчик и baseband-контроллер. В таблицах 3.2, 3.3 и 3.4 представлена краткая спецификация на модуль серии WML-C19.
|
Минимальное значение |
Типовое значение |
Максимальное значение |
Размерность |
|
|
Чувствительность |
-82 |
-72 |
дБм |
|
|
Максимальный уровень входного сигнала |
-20 |
0 |
дБм |
|
|
Избирательность 30 МГц - 2000 МГц: 2000 МГц - 2399 МГц: 2498 МГц - 3000 МГц: 3000 МГц - 12.75 ГГц: |
-10 -27 -27 -10 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Внеполосное излучение 30 МГц - 1 ГГц: 1 ГГц-12.75 ГГц: |
-57 -47 |
дБм дБм |
||
|
Интермодуляционная характеристика |
-39 |
дБм |
||
|
Потребление тока |
54 |
70 |
мА |
|
WML-C20 N В |
Bluetooth HCI модули серии WML-C20 поддерживают первый класс выходной мощности и содержат встроенную 8Мбит флэш-память, приемопередатчик и baseband-контроллер. В таблицах 3.5, 3.6 и 3.7 представлена краткая спецификация на модуль серии WML-C20.
Таблица 3.5. Общие характеристики
|
Напряжение питания |
(3,3 + 0,1) В |
|
|
Ток потребления в спящем режиме |
100 мкА (кроме WML-C20AH, который не имеет этого режима) |
|
|
Температурный диапазон |
От -40°С до +70°С |
|
|
Частотный диапазон |
(2402-2480) МГц |
|
|
Модуляция |
GFSK, 1 Мбит/сек, ВТ=0.5 |
|
|
Максимальная скорост |
ь |
Асинхронный режим: 723,2 кбит/сек/57,6 кбит/сек |
|
передачи |
Синхронный режим: 433,9 кбит/сек/433,9 кбит/сек |
|
|
Выходная мощность |
14 дБм (класс 1) |
|
|
Перестройка но частоте |
1600 скачков в сек, ширина канала 1МГц |
|
|
Чувствительность |
-80дБм |
|
|
Генератор |
16 МГц |
|
|
Хост-интерфейс |
Данные |
UART (WML-C20AB, WML-C20AH)USB (WML-C20AU) |
|
Голос |
РСМ-интерфейс UART/USB |
|
|
Коэффициент усиления антенны |
2.14 дБп |
|
Таблица 3.6. Характеристики передатчика
|
—— - |
Минимальное значение |
Типовое значение |
Максимальное значение |
Размерность |
|
Выходная мощность |
11 |
14 |
17 |
дБм |
|
Точность установки частоты |
-75 |
0 |
+75 |
кГц |
|
Уровни побочных излучений в режиме передачи сигнала (30-1000) МГц: (1-12,75) ГГц: (1,8-1,9) ГГц: (5,15-5,3) ГГц: |
-36 -30 -47 -47 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Уровни побочных излучений в режиме отсутствия передачи (передатчик выключен) (30-1000) МГц: (1-12.75) ГГц: (1.8-1.9) ГГц: (5.15-5.3) ГГц: |
-57 -47 -47 -47 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Потребление тока |
110 |
150 |
мА |
|
Минимальное значение |
Типовое значение |
Максимальное значение |
Размерность |
|
|
Ч увствительность |
-80 |
-70 |
дБм |
|
|
Максимальный уровень входного сигнала |
-20 |
0 |
дБм |
|
|
Избирательность 30 МГц - 2000 МГц: 2000 МГц - 2399 МГц: 2498 МГц - 3000 МГц: 3000 МГц- 12.75 ГГц: |
-10 -27 -27 -10 |
дБм дБм дБм дБм |
||
|
Внеполосное излучение 30 МГц - 1 ГГц: 1 ГГц - 12.75 ГГц: |
-57 -47 |
дБм дБм |
||
|
Интермодуляционная характеристика |
-39 |
дБм |
||
|
Потребление тока |
55 |
70 |
мА |
