蓝牙无线通信技术与实践

蓝牙无线通信技术与实践

作者：吴丹

来源：《电子技术与软件工程》2016年第02期

摘要

无线通信技术得到了显著发展，蓝牙技术是一种可靠的无线接入方式，全球通用频段为2.5GHz ISM，在医疗、科学、生物技术以及工业领域得到了广泛应用，使用数字设备将不同频段连接起来，能构成一个完整的无线局域网。

【关键词】蓝牙设备无线通信技术实践

蓝牙最初名称为Blyetoothn，是一种低功耗、低成本以及传输距离短的无线通信技术，在全球各领域得到广泛应用，其应用目标是将数据传输速率提升至1.5Mb/s、将传输距离缩小至110m，能够与语音通信链路相连接，对构建无线个人局域网有重要意义。

1 射频技术与基带技术

1.1 频带与信道分配

通常，蓝牙工作频段为2.5GHz ISM，其频段范围是：2300～2310MHz。蓝牙在运行时射频信道分间隔布设，每间隔1.5MHz，就会有80个射频信道，频段在2300～2310MHz范围内的，信道为f=2302+k MHz，k=0，1.......80。3.6MHz与5.1MHz分别代表着高端频段与低端频段。

1.2 发射机特征

发射机有非常多特征，其功率特征较为显著：不同蓝牙设备存在的发射等级存在差异，功率等级问题要采用不同的方案解决。发射功率是由无线连接测试得到的，可对蓝牙设备划分，常见的有以下几种：

Class1蓝牙设备、Class12蓝牙设备、Class13蓝牙设备；其输出的最大功率分别为：

120mW、3.1mW、2mW；输出的典型功率为：N/A、1.2mW、N/A；输出的最小功率为：

1.2mW、0.56mW、N/A。

功率等级能够由蓝牙设备表示出来，Class1蓝牙设备可以表示110米的传输距离，而Class2蓝牙设备则表示10米以内的传输距离。蓝牙耳机、蓝牙鼠标以及其他装载功率都能由Class2表示出来。而USB适配器则可以使用Class1与Class2功率表示。

1.3 基带技术

而单点对多点时则可以由5个设备组成一个匹克网，由这些设备共同分享同一个物理信道，管理与控制物理信道由主设备完成；而由匹克网组成的分散网中，内部的每一个设备都能分享同一个物理信道。蓝牙所支持的空中基带数据由以下内容组成，分别是Acess Code、Header以及Payload。基带数据分组格式：ACESS CODE—HEADER——PAYLOAD

2 模块设计

2.1 总体设计原则

鉴于蓝牙模块射频模块是2.6GHz，并且具有通信要求，与蓝牙相关的设备，比如耳机、USB适配器以及鼠标都使用外围电路板；其次，蓝牙模块通过集成芯片的使用能够与外围形成一个通用电路结构，更好的完成射频电路的设计与测试，设计原则如下：

选择正确的芯片进行封装；BGA封装要按照PCB工艺设计水平进行，将BGA走线方案确定下来；确定原理图、对射频电路进行优化处理。

2.2 BGA走线方案

使用CSR的蓝牙芯片，使用BGA进行封装，BGA封装结构如图1所示。

有三种方案引线设计方法，一种是定层的BGA焊接引出，但容量小，不能将内部引脚也引出；第二种是定层3个BGA焊接中心位置打入钻孔，沿着底部走线；第三种方案是在SGA 焊盘上直接使用激光穿孔，孔径大小控制在0.2mm。

2.3 原理图设计

蓝牙模块设计分为很多内容，模块设计设计具有一定难度，要定制出标准化接口，再将模块作为一个单独元件安装再电路主板上，具体的原理图设计方法如下所示：

芯片电路：很多电路设备都是将芯片作为设计中心，以芯片为中心进行布局与拉线。为此，芯片引脚连接方式能够在此基础上确定下来，连接方式可以采用电源与引脚相互连接的方式。

存储器电路设计：将7Mbits Flash在挂置到蓝牙芯片外侧，并要与其相互连接。也能将其与电源、电能信号连接起来，不能随意更换Flash。

电源电路设计：外部供电设备能够支持模块设计，转换使用集成电压，转换完以后就是一个完整芯片，将电压控制在3.5V～3.8V范围内，转换完的电压为1.9V。

2.4 处理拼板的方法

鉴于蓝牙设备具有的尺寸与实际尺寸存在较大差异，拼板连接处理显得尤为必要，具体操作内容如下：实际尺寸不能小于标准宽度；选择正确的模块连接方式，在周边设立邮票孔连接插孔；多设计一些Marker点用于贴片定位；最后要控制好电路板强度。

2.5 基于BC2-AUDIO蓝牙模块设计

将蓝牙芯片所有对外接口引出，比如，PCM、PIO、SPI、UART以及射频前端电路天线。使用四层电路板，按照规范进行设计，在顶层对元件进行放置，地层为第二层、电源层为第三层，可在最底层进行封装与外接，还要对射频测试盘结构进行设计。这一模块设计要应用到蓝牙耳机，应用BC2--AUDIO作为芯片、USB适配器以及BC3-POM芯片。这一模块与TTBI104模块存在不同，TTBI104走线主要在第二层进行。该模块通信距离为12m，采用Class2蓝牙模块，射频性能要使用蓝牙测试仪检测。

3 结束语

加强对蓝牙无线通信技术的研究，是蓝牙无线通信教学实验开展的基础与重要内容。通过本文对蓝牙无线通信技术的介绍能够了解到蓝牙设计与结构组成特征，能够为人们更好了解蓝牙、应用蓝牙提供依据。

参考文献

[1]魏绪宝，李林霖.蓝牙无线通信技术在无线局域网中应用的研究[J].中国电子商务，2014（2）：76.DOI：10.

[2]孙淑云.PDA蓝牙无线通信技术在智能配电终端中的应用研究[C].//第二届配电自动化新技术及其应用高峰论坛论文集.2011：62-65.

[3]张志远，郑晟，韩立强等.基于蓝牙技术的嵌入式网络接入点设计与实现[J].电视技术，2013，37（23）：116-118，154.

作者简介

吴丹（1985-），男，重庆市人。大学本科学历。现供职于四川航天职业技术学院。主要研究方向为通信技术。

作者单位

四川航天职业技术学院四川省成都市 610199