Элементная база Bluetooth

Одно из необходимых условий успеха такой технологии, как Bluetooth – недорогая программно-аппаратная реализация. Это тем более важно, что для многих устройств беспроводное соединение – это фактически дополнительная, хотя и важная функция. И стоить она должна соответственно. Однако в случае успеха объем потенциального рынка весьма соблазнителен. И ведущие мировые производители интегральных компонентов не замедлили сделать ставки. Причем столь резво, что выявить лидера крайне затруднительно, поскольку о своем первенстве заявляют многие.

Рис. 8. Структура устройства Bluetooth

Столь быстрому старту немало способствовала простота структуры устройств Bluetooth (рис. 8). В их состав входят радиомодуль-трансивер, контроллер связи (он же baseband - процессор) и управляющее связью устройство, собственно реализующее протоколы Bluetooth верхних уровней, а также интерфейс с терминальным устройством. Причем если трансивер и контроллер связи (в первых чипсетах для Bluetooth) – это специализированные микросхемы (интегральные или гибридные), то устройство управления связью реализуют на стандартных микроконтроллерах, сигнальных процессорах либо его функции поддерживают центральные процессоры мощных терминальных устройств (например, ноутбуков). Кроме того, в устройствах Bluetooth применяют ИС, используемые в других приложениях, поскольку 2-МГц диапазон освоен достаточно хорошо, а заложенные в Bluetooth технические решения сами по себе особой новизны не содержат. В самом деле, схема модуляции – широко распространенная, технология расширения спектра методом частотных скачков хорошо отработана, мощность мала...

Рис. 9. Структурная схема Bluetooth-контроллера PCD 87550

Рис. 10. Структура устройства Bluetooth с PCD 87550

Поэтому неудивительно, что первые чипсеты для Bluetooth включали ИС, хорошо знакомые по другим приложениям. Так, одной из первых свое решение для Bluetooth представила фирма Philips Semiconductors, предложив комплект ИС, включающий четыре микросхемы – синтезатор UMA1022, усилитель мощности SA2410, схему модуляции SA639 и трансивер SA2420. Две из них – UMA1022 и SA639 – используются в DECT-устройствах, да и остальные достаточно универсальны. Однако вскоре Philips предложила специализированный чипсет, поддерживающий спецификацию Bluetooth 1.0. Он включает однокристальный трансивер UAA3558, основанный на оригинальной технологии “низкой промежуточной частоты” (изначально создавался для DECT!), и baseband-процессор серии VWS2600х. Процессор VWS26002 может работать и с трансивером компании Ericsson PBA 313, он содержит ядро 32-разрядного RISC-микроконтроллера ARM7 TDMI (компании ARM), кодек голоса, поддерживает интерфейсы UART, USB, PCM и I2С. Изготавливается процессор по 0,25-мкм КМОП-технологии, поэтому характеризуется малой потребляемой мощностью и низким напряжением: 1,8–2,5 В для цифрового ядра и 2,5–3,3 В для портов ввода/вывода. Вскоре должен стать доступным и перспективный baseband-процессор компании Philips – PCD 87550 (рис. 9). При этом структура Bluetooth-адаптера упрощается еще больше (рис. 10). А в недалеком будущем Philips намерена выпустить однокристальную схему, интегрирующую трансивер, схему сопряжения с аналоговой частью и baseband-процессор.

Рис. 11. Структура трансивера Т2901

Список основных сокращений:
DAC Digital to Analog Converter
GND Ground (signal/system)
LNA Low Noise Amplifier
MCC Master Control Console
PU Physical Unit (SNA)
RAMP Remote Access Maintenance Protocol VCO Voltage Controlled Oscillator

Вообще следует отметить, что ядро ARM TDMI применяется в baseband-процессорах многих фирм. Так, оно интегрировано в Bluetooth baseband-процессор фирмы Ericsson. На основе этого ядра построен и однокристальный контроллер Bluetooth компании Atmel AT76C551. Его структура во многом аналогична приведенной на рис. 9. Atmel предлагает чипсет, включающий данный контроллер и однокристальный трансивер T2901 компании Temic Semiconductors (которая теперь вошла в состав Atmel). Структура Т2901 представлена на рис. 11. Трансивер Т2901 обеспечивает радиус действия до 10 м. Если его надо увеличить до 100 м, Atmel предлагает SiGe ИС Т7024 (также бывшей Temic Semiconductors), включающей малошумящий предусилитель и 23-dBm усилитель мощности (рис. 12).

В отличие от упомянутых выше монолитных ИС, трансивер компании Ericsson PBA31301, хотя и основан на специализированной БиКМОП ИС, но является гибридным модулем, собранным на многослойной керамической подложке (шесть слоев металлизации). В 100-Вт исполнении размеры модуля–10,2х16х1,6 мм.

Рис. 12. Структура ИС T7024

Список основных сокращений:
GND Ground (signal/system)
LNA Low Noise Amplifier
RAMP Remote Access Maintenance Protocol

Компания Lucent Technologies также производит чипсет для Bluetooth, содержащий однокристальный передатчик W7020 с низкой потребляемой мощностью (напряжение питания – до 2,7 В), и baseband-контроллер W7400. Свой комплект ИС Odissey выпустила и фирма Silicon Wave. В него входят ИС радиомодема SiW1501 и контроллер связи SiW1601.

Не осталась в стороне и National Semiconductor. Ее чипсет состоит из трансивера со встроенным ФАПЧ LMX3162 и контроллера связи LMX5001. Как и в случае чипсета Odissey, при реализации Bluetooth-устройств на базе этого комплекта схем необходим процессор, выполняющий функции управления связи. Им может быть центральный процессор компьютера или, например, сигнальный процессор ADSP-218х (Analog Devices) с соответствующим программным обеспечением.

Кроме комплектов микросхем, ряд фирм, среди которых Philips и Ericsson, производят конструктивно законченные Bluetooth-модули.