自制藍(lán)牙耳機(jī)電路設(shè)計(jì)（一）

藍(lán)牙技術(shù)正成為移動(dòng)電話、PDA、MP3player和電腦中的標(biāo)準(zhǔn)配置，藍(lán)牙技術(shù)主流應(yīng)用之一是通過藍(lán)牙耳機(jī)欣賞上述產(chǎn)品藍(lán)牙接口發(fā)送出來的高品質(zhì)音樂和實(shí)現(xiàn)免提通話，然而技術(shù)的普及速度除了與技術(shù)本身的先進(jìn)與否有關(guān)外，還與實(shí)現(xiàn)成本的高低密切相關(guān)，市場(chǎng)上的藍(lán)牙耳機(jī)價(jià)格少則幾百，多則上千元，而移動(dòng)電話本身價(jià)格大多也不過千元，藍(lán)牙耳機(jī)的相對(duì)高價(jià)位導(dǎo)致了它的市場(chǎng)普及速度和廣度遠(yuǎn)低于移動(dòng)電話，本文正式根據(jù)這一XIAN，基于CSR藍(lán)牙芯片BC358239A提出了一種低成本藍(lán)牙耳機(jī)電路設(shè)計(jì)方案，對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的普及必將起到重要作用。

藍(lán)牙耳機(jī)架構(gòu)和芯片介紹

圖一 藍(lán)牙耳機(jī)的結(jié)構(gòu)

應(yīng)用到藍(lán)牙耳機(jī)的芯片除了低成本、低功耗、外圍電路簡(jiǎn)單以外，提供的軟件開發(fā)工具齊全以及芯片封裝小也很重要，下面對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的主要芯片作簡(jiǎn)要介紹。

1.BC358239A介紹：

BC358239A芯片頻率范圍2.402～2.480Ghz，發(fā)射功率可高達(dá)+4dB，內(nèi)置有8比特DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）可自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率，無需外部BALUN（平衡不平衡轉(zhuǎn)換器和功放即可符合藍(lán)牙V1.2規(guī)格;0.1%BER（比特誤碼率）時(shí)典型接收靈敏度-85dB;全集成的頻率合成器，可支持8～40Mhz外部時(shí)鐘輸入又可外接CRISTAL（晶振）;內(nèi)部集成DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）速度可達(dá)32MIPS，32bit指令字，24bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)置4K字程序存儲(chǔ)器，兩個(gè)8K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，足以支持耳機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)需要;片上LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），支持u-law和A-law語音代碼轉(zhuǎn)換，支持I2S又支持PCM語音接口，深度睡眠模式功耗不超過10uA;10x10mm的LFBGA封裝，只需較小的PCB尺寸。BC358239A內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖二。

圖二 ?BC358239A內(nèi)部結(jié)構(gòu)

此外BC358239A還有內(nèi)置LDO，其輸出電壓1.8V，其最大輸出電流可達(dá)70mA，完全可滿足藍(lán)牙芯片自身需要。

BC358239A的藍(lán)牙的軟件架構(gòu)具備相當(dāng)?shù)撵`活性，藍(lán)牙應(yīng)用程序可以運(yùn)行于BC358239A外部，也可由內(nèi)部RISC處理器處理。

2.WM8731介紹

WM8731是WOLFSON公司推出的一款適合于語音應(yīng)用的CODEC（編碼解碼器），它能為自身的MIC（麥克風(fēng)）輸入提供偏置電壓，內(nèi)部有兩組ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），其抽樣頻率從8KHz到96KHz.串行控制接口可選擇為兩線制和三線制。其音頻接口可通過編程設(shè)置為I2S或PCM接口形式。28Pin5x5x0.9mm的QFN封裝，特別適合對(duì)PCB面積有限制的應(yīng)用。功耗極低，應(yīng)用PCM接口通信時(shí)電流自由20mA左右，寄存器的正確設(shè)置可使待機(jī)功耗保持在15uA以下。

圖三 ?WM8731內(nèi)部框圖

3.充電芯片SC805和LDORT9169-3.3

SEMTECH公司的SC805是一款功能強(qiáng)大的CCCV（恒流恒壓）充電芯片，可編程的預(yù)充、快充和中止充電電流，使得它既可和PMU（電源管理）芯片組合成充電管理電路，也可單獨(dú)作為鋰電池充電控制芯片。熱保護(hù)、過流保護(hù)、電池充電電壓精度可達(dá)1%使得它安全可靠;輸入電壓范圍從3V到6V，充電電流最大可達(dá)1A，3x3mmMLP封裝，適合消費(fèi)類電子使用。

RT9169-3.3是RICHTECH公司生產(chǎn)的100mA低噪聲3.3VLDO，它具有較低靜態(tài)電流（低達(dá)4uA），較高的紋波抑制比，符合藍(lán)牙耳機(jī)WM8731和藍(lán)牙芯片內(nèi)部LDO對(duì)電源的要求。

自制藍(lán)牙耳機(jī)電路設(shè)計(jì)（二）

藍(lán)牙耳機(jī)的核心是射頻和基帶處理兩部分，為適應(yīng)功能的集成和設(shè)計(jì)的小型化，CSR、Broadcom等公司已將射頻和基帶處理功能集成在一起，如CSR BlueCore4高集成的藍(lán)牙芯片，封裝最小為6×6mm。整個(gè)耳機(jī)的電源管理設(shè)計(jì)要求外圍組件少，集成度高，同時(shí)滿足藍(lán)牙芯片對(duì)負(fù)載響應(yīng)和噪聲抑制的要求。

圖1：TC1303在藍(lán)牙耳機(jī)上的應(yīng)用電路

藍(lán)牙耳機(jī)多采用鋰電池供電，其電壓范圍為2.7V至4.2V。電池容量為90mAH至170mAH。為滿足更長(zhǎng)時(shí)間通話及音樂播放的需要，電池容量有逐漸增加的趨勢(shì)。另外，基于ARM或DSP內(nèi)核的藍(lán)牙芯片需要兩組電源（如1.8V和2.7V）分別對(duì)內(nèi)核和I/O供電。同時(shí)，麥克風(fēng)也需要一個(gè)“干凈”的偏置電壓。

基于上述系統(tǒng)電源的需求，Microchip推出了高度集成的、小尺寸的電源管理方案，包括 TC1303和MCP73855。其中，TC1303為高集成的電源轉(zhuǎn)換芯片，MCP73855為高集成的線性鋰電池充電芯片。TC1303在3×3mm 10引腳DFN封裝中集成了一個(gè)500mA同步降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)300mA低壓差LDO，并具有電壓正常指示引腳（Power-Good）。其標(biāo)準(zhǔn)固定電壓輸出組合，如1.8V/2.7V，恰好滿足BlueCore2對(duì)電源的要求。圖1為TC1303在藍(lán)牙耳機(jī)上的應(yīng)用電路。

圖中500mA的同步DC/DC轉(zhuǎn)換器集成了P溝道和N溝道MOSFET，采用2MHz的開關(guān)頻率，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到92%以上。高開關(guān)頻率和PWM/PFM自動(dòng)切換技術(shù)可使工程師選擇低至2.2μH的表貼電感和陶瓷電容，即可滿足濾波和藍(lán)牙芯片對(duì)紋波的要求。TC1303內(nèi)集成的LDO可提供300mA的輸出電流，且只有137mV電壓差。為了進(jìn)一步減小DC/DC開關(guān)噪聲對(duì)電路設(shè)計(jì)的影響，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)將LDO的電源地引腳和DC/DC電源地引腳分開，保證了 LDO輸出可以給I/O部分和麥克風(fēng)提供“干凈”的電壓。

圖2：MCP73855在藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路

TC1303提供的電壓正常指示引腳可以連接到藍(lán)牙芯片的I/O，以監(jiān)視供電電壓的狀態(tài)。電壓正常指示引腳可以檢測(cè)DC/DC輸出電壓（TC1303A）或LDO輸出電壓（TC1303B），甚至可分別檢測(cè)這兩路輸出，實(shí)現(xiàn)順序上電，滿足不同藍(lán)牙芯片對(duì)供電的要求。MCP73855 可提供鋰電池充電管理功能，片內(nèi)集成的MOSFET、電流檢測(cè)電阻和反向阻斷二極管可提供最大400mA的充電電流，并可通過外接電阻或直接由I/O輸出設(shè)置所需的充電電流。MCP73855可自動(dòng)完成鋰電池的預(yù)充、恒流、恒壓充電控制，并把充電狀態(tài)輸出到LED或藍(lán)牙芯片。配合適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，充電狀態(tài)指示引腳可以驅(qū)動(dòng)雙色LED，實(shí)現(xiàn)充電過程及充電結(jié)束的分別顯示。圖2為MCP73855在藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路。

TC1303 和MCP73855的小尺寸封裝（3×3mm）以及簡(jiǎn)單的外圍電路，構(gòu)成了一個(gè)低成本、高性能、高度集成的藍(lán)牙耳機(jī)電源管理方案，這個(gè)方案也可適用于最新播放MP3的立體聲藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)計(jì)。工程師利用它和藍(lán)牙芯片，可以設(shè)計(jì)更加舒適、時(shí)尚、易用，同時(shí)重量輕巧的藍(lán)牙立體聲耳機(jī)，使用戶能夠在移動(dòng)時(shí)欣賞音樂， 又永遠(yuǎn)不會(huì)漏接電話。