基于蓝牙技术的语音传输系统硬件电路设计

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■ 李丙 浙江财经学院东方学院
基于蓝牙技术的语音传输系统硬件电路设计
[摘 要]本文介绍了蓝牙技术原理和实现语音传输系统的蓝牙设备应用模型的原理，设计了蓝牙语音传输系统的硬件电路。

系统以CSR公司的Blucore2-Ex-ternal单芯片为核心，设计了射频部分的外围电路、PCM 编解码和电源的提供及监测电路。

该系统能够完成短距离无障碍无线语音传输，具有很好的应用价值。

[关键词]蓝牙技术 语音传输系统 BC212015BDN
一、概述
解码和电源的提供及监测电路。

硬件总体结构如图1所示。

无线耳机作为移动电话的附件已经越来越流行的被人们所使用。

传统耳机由于和手机间的有线连接而使应用受限，基于蓝牙技术的无线耳机却有很强适应性。

蓝牙技术是一种短距离的射频无线通信技术，蓝牙耳机应用蓝牙技术实现了蓝牙耳机（HS）与音频网关（AG）之间的无线通信，从而提供手机呼叫免提接听的功能。

本文采用英国剑桥硅无线公司（CSR）的BlueCore2-External单芯片作为蓝牙耳机的核心芯片，实现蓝牙技术下的语音通信。

本系统已应用在实际产品中，经验证，具有通信可靠，传输性能好的优点。

图1 耳机系统结构框图
BC2芯片将无线射频和基带部分集成于一个单芯片之上，使外围二、蓝牙语音传输的实现原理
元件数量减至最小。

无线输出功率及灵敏度已远远超出了蓝牙规范耳机规范定义了称为超级耳机应用模型的协议和进程，可以应的基本要求，可直接使用廉价的印制RF元件。

内置的可编程RISC处用蜂窝电话和个人电脑等设备。

耳机可以作为设备的音频输入和输理器-的强大功能足以运行耳机及其免提固件。

出界面。

目的在于当保持呼叫保密性时，增加用户的移动自由度。

系统Flash存储器选用富士通公司的MBM29LV400B闪存（U 耳机必须能够发送命令和接收结果码。

这个能力允许耳机回答输入2），容量为4Mbit。

时时音频D/A转换与A/D转换功能是通过摩托罗呼叫以及终止它们，而用户不必手工操作电话按键就可终止通话拉公司的MC145483 (U3) 语音编解码器的PCM连接来完成的。

[1]。

系统使用锂离子电池或锂聚合物电池作为电源供给。

由于系统耳机规范中定义了如下角色：
的核心芯片分别需要1.8V和3.3V的电源供给（其中闪存和与编解码音频网关(AG：Audio Gateway)：输入和输出音频的网关，作为芯片需3.3V电源供给，Bluecore2-External需要1.8v电源供给。

当音频网关的典型设备是蜂窝电话和个人电脑。

使用工作电压为1.8V的闪存时电路要作相应的改动），因此电源部耳机(HS：Headset)：音频网关的远端音频输入和输出机制。

分通过Torex公司的XC6209（U5）将电池电压转换成系统所需电耳机规范要求音频网关和耳机都能够支持SCO链路。

HSP对耳机压。

和相应的手机或计算机的角色没有做特殊规定，它只定义了网关设（二）BC2核心芯片
备和耳机设备，但没指定哪个作为主设备，所以它们都可以作为主该芯片内部拥有自己的MCU，集成了射频和基带控制电路，并设备。

HSP应用中只需要很少几种控制功能，包括拨打电话控制，接提供了丰富的外围接口，包括UART、USB、PCM 和12 个PIO、听电话控制和音量调节控制，它们都由AT命令集完成。

HSP没有规AIO、SPI 等。

定安全等级，把它留给整个应用去定义。

BC2射频部分主要包括了RF接收器和RF 发射机。

接收器以一个蓝牙耳机应用框架的协议栈中，基带层对应于OSI七层协议模型接近零点的中频放大器体系构架为特点，允许信道滤波器集成于管的第一层物理层，LMP和L2CAP对应OSI的第2层数据链路层。

芯上。

在低噪声放大器输入端的众多带外模块规范允许无线接收装RFCOMM是蓝牙技术标准采用GSM TS 07.10标准对串口的仿真，置极为紧密的用于GSM和W-CDMA无感光性的移动电话发射机装SDP是服务发现协议。

对这些协议/ 实体来说，串口应用规范置。

使用一个数字频移键控鉴频器意味着不需要辨别箱。

当噪声出（SPP）是基本的标准，蓝牙耳机就是基于串口的应用。

耳机控制建现时其优良的性能可以令BC2超越其它需要共用频道和相邻频道隔值立在A T指令集的基础上，是负责特定控制信令的实体。

音频仿真接的蓝牙技术。

发射机以一个IQ调制器发射机以一个IQ调制器为特口层是仿真移动电话或PC的音频端口的实体，音频驱动是耳机中的点，使一个发射时隙内的频率漂移最化，可以使调制指数受到控驱动软件。

蓝牙耳机系统工作时总是蓝牙耳机（HS）和蓝牙语音网制，数字传输滤波器提供了所需的光谱整形。

射频合成器完全集成关（AG）成对出现的。

同一时间在蓝牙耳机和音频网关间只支持一于主芯片模块上，无需片外的压控振荡(VCO)器屏蔽外壳、可变电抗个音频连接，也就是说是点对点的通信过程。

音频数据传输基于连器调谐二极管或LC振荡器。

续可变斜率增量（CVSD）调制，速率为64kbps，以适应GSM的语（三）BC2射频部分的外围电路
音编解码器。

HS和AG角色并不固定。

AG接听呼叫时，AG为射频部分的外围电路包括一个不平衡滤波器、带通滤波器和一Server；HS接听呼叫时，HS为Server。

进行一般操作之前，HS和个印刷天线。

由于所选BC2芯片集成了射频发射机、射频接收机、射AG必须要建立配对关系，这通过蓝牙鉴权和绑定过程来实现，建立频合成器以及IQ调节器，功能完善，因此其外围电路简单、元器件配对关系后下次操作就不用再鉴权了。

HS和AG使用RFCOMM提供少，很容易达到射频要求。

外围电路如图2所示。

串口仿真接口，串口仿真用于传输用户数据、调制解调控制信号以及从耳机到音频网关的A T指令集。

音频网关解析AT指令集并将响应送回耳机[2][3]。

三、蓝牙语音传输系统硬件电路设计（一）总体设计方案
系统电路
设
计围绕CSR公司的BC212015DN BlueCore_2-External 单芯片（简称芯片BC2）。

使用BC2开发蓝牙耳机主要包括这样几个部分：功能按键和状态指示、外置的Flash存储器、PCM 编
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图2 射频部分外围电路
方法省却了在RF测试之后焊接保护电容C6的步骤。

（四）BC2基带和逻辑部分系统的外围电路设计
无论上述的哪种方法，在连接测试中射频损失都是无法避免PCM多媒体数字信号编解码滤波器（Codec-Filter）使用了的。

在制定BC2的功耗表时这个损失是必须考虑的，否则会轻而易举Motorola 的MC145483编解码芯片作为PCM 编解码器，基带和逻辑的超越所允许的最大的二类功率（+4dBm）。

部分系统的外围电路如图3所示。

（五）电源电路
电源电路由稳压电路和电压监测电路构成。

系统采用或锂聚合物电池提供3.6V正常电压，经XC6209B330MR稳压成3.3V后输出供给闪存和PCM语音编解码器工作，再经过XC6209B182MR二次稳压成1.8V后供给整个BC2芯片工作。

电压监测电路主要起保护作用，正常情况下，NCP304 输出与输入相同，不影响耳机的工作。

锂离子电池超出使用范围将受损以至减少使用寿命，这是出于它内部的化学效应。

为了使这种破坏效应受到限制，当锂电池电压过低时，为防止其过度放电，测器芯片NCP304输出低电平送给稳压芯片的使能端CE，关闭XC6209，切断对耳机的供电，达到保护的目的。

四、蓝牙系统抗干扰措施
蓝牙系统工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。

ISM频带时无需认证的频段，对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。

跳频是蓝牙使用的关键技术之一。

跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫“伪随机码” ）不断的从一个信道图3 PCM接口的外围电路
“跳”到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而MC145483编解码芯片是13bit 的线性脉冲编码调制芯片，其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；调频的瞬时带宽是很窄PCM编解码器通过13bit 的双向脉冲编码调制接口直接与蓝牙模块相的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成倍的扩展成宽频带，使干连，模块通过这个接口发送和接收数字语音信号。

PCM 接口主要由扰可能造成的影响变得很小。

与其他工作在相同频段的系统相比，四路信号组成：P C M _ S Y N C 为8KHz 的同步信号，PCM_CLK 为蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。

最高256 K H z 的连续时钟信号，PCM_IN 接收经过编码的麦克风语FEC(前向纠错)的使用抑制了长距离链路的随机噪音。

应用了二进制音信号，PCM_OUT 将接收到的远端蓝牙传来的数字语音信号送给调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止脱落[4][5]。

编解码器，经解码驱动扬声器输出。

该13bit 的线性脉冲编码调制芯蓝牙技术本身在传输数据时采用快速跳频技术来抗干扰，而语片，可以提供高质量的语音通信，而且外围电路简单，通过调节相音传输时也采用了相应的具有高容错和纠错的语音编码技术，所以应的电阻比值即可改变麦克风和扬声器的增益大小。

当芯片U1的蓝蓝牙技术在语音传输方面的抗干扰性能是良好的。

牙SCO链接一旦被建立，BC2将会建立与多媒体语音编解码器的PCM数据通信。

MC145483可以直接驱动耳机麦克和扬声器。

电阻五、结论
R5、R6设置了耳麦增益。

音量大小的调节可以通过软件来实现。

本设计是针对移动电话中Headset应用原理设计的话音传输系系统通过一个RC网络补偿R5或R6，减少多媒体语音编解码器统，能够完成短距离无障碍无线语音传输的。

蓝牙耳机作为移动电（CODEC）到耳麦的频率响应。

MC145483中包含一个开关电容滤话、PC等的语音输入输出设备，能够在保持私人通话的同时，使用波器可以限制从麦克风传来的音频为3400Hz(低于8ks/s抽样频率户摆脱电缆的束缚而有更大活动自由，因此有着广阔的应用前景。

4kHz的奈奎斯特极限)。

与此类似，CODEC内值的一个200Hz的高通滤波器减少了从麦克风传来的气流或pop噪音。

R14向麦克风加偏压，这为场效应管提供了能量，电源来自于CODEC自身的接口VAG，这已足够为典型的电介体麦克风提供电源供给。

C21和C22提供麦克风和麦克风放大器之间的直流阻隔。

C19和C20清除麦克风放大器中的高频噪声。

R7、R8、R9、R10组成的平衡分离网络决定麦克风的增益。

麦克风易受背景噪音的影响。

从发射机发出的RF信号的发送或关闭类似于发送或接收数据包。

内置的开关键通过麦克风放大器解调导致明显的音频噪音，根据蓝牙基带的分组类型HV3、HV2和HV1，在267Hz、400Hz或800HZ频点附近最明显。

为了减小噪音麦克风的PCB布线绕过了射频区域（理想情况下应被地线围绕。

有时减小采集噪音的唯一途径是设置从麦克风信号线到地之间靠近语音编解码器的去藕电容。

这些去藕电容能提供2.4GHz频点滤波的典型参数在15pF到47pF之间）。

噪声信号无疑会通过CODEC的电源进入麦克风放大器甚至耳麦放大器中，C24和C25正是为该点的RF信号去藕，提高RF信号的射频特性。

在生产过程中，需要通过一些途径测试RF的性能，可通过以下两种方法实现：
1．通过一个RF测试点。

在设计PCB板时要考虑在其后方留出测试点的位置，连接一个50ohm的同轴探测针用来测试RF特性。

测试完毕将C6与天线连接以避免天线与预测试点的并行测试。

2．通过在滤波器和天线之间设置一个RF开关连接。

使用3脚的集成封装的开关连接器能使天线接收到射频。

当同轴测试针插入连接器时，天线终止接收信号而射频转入到该测试器中，这样就可以直接进行测试了。

尽管这个装置比一个简单的测试点昂贵，但这种
参考文献
[1]朱刚，谈振辉，周贤伟，蓝牙技术原理与协议[M]北京：清华大学出版社，2002，8，1
[2]李洋，邹建华，Bluetooth的语音传输分析[J]电声技术，2001，（3）：40-
42
[3]阳武，侯思祖，高强，毛婕，蓝牙技术及其发展现状[J]电信技术(9)：18-19
[4]张孟顺，蓝牙技术及在我国应用前景[J]电信技术(4)：29-30
[5]Jennifer Bray，Charles F Sturman.Bluetooth-Connect without
Cables.Upper Saddle River：Prentice Hall，Inc，2001。