蓝牙无线通信模块设计

论文摘要

蓝牙是一种抗干扰能力强、保密性好、功耗低的无线互连技术。蓝牙自1998年提出至今,已得到飞速发展,在许多领域得到广泛应用。随着近年来蓝牙技术的不断发展,在功耗不断降低的情形下,蓝牙的传输速率已经不断地得到提高,使蓝牙的应用范围更加广泛,可以应用于无线数据传输、语音传输和无线视频传输等。但对于蓝牙应用厂商,因为蓝牙芯片封装形式为BGA封装,这就需要对PCB制造以及焊接时工艺的要求非常苛刻,而如果应用方案中的电路只有蓝牙部分要求这么高的生产和焊接工艺,那么对就无疑增加了整个系统制造的成本,因此一般会将蓝牙电路部分单独设计成模块,这样有利于产品的测试、成本的降低以及系统的稳定。在两个或多个网路互连时,一般蓝牙模块的低功率和高频率限制了其应用范围,为了扩大应用范围,可以引进蜂窝或者微蜂窝的网路架构或者透过增大发射功率扩大覆盖半径等措施来实现。前者实现成本较高,而后者则相对比较便宜,且容易实现。现有的产品基本上通信距离都比较小,本文主要研究的是距离扩展射频前端的方案与硬件的实现,透过增大发射信号功率、放大接收信号提升灵敏度以及选择增益较大的天线来实现,同时实现了双向收发。在本论文中提出了一系列基于CSR公司的BlueCore04-External芯片的蓝牙无线通信模块的设计与实现方案,包括蓝牙Class1USB语音Dongle、蓝牙Class2 USB语音Dongle、BC04单级PA Class1模块和BC04双级PA Class1模块。首先,简要介绍了蓝牙的一些关键技术和蓝牙协议2.0的改进,以及蓝牙射频前端及收发性能参数;其次,从系统设计的角度出发,讲述了射频放大器电路设计的基本理论依据,并且以射频芯片的实际应用为例来说明以系统最大输出功率和整机最佳噪声系数为优化指标来设计功率放大器和低噪声放大器的方法;最后,基于BlueCore04-External芯片根据不同的应用设计了一系列蓝牙无线通信模块,在不同的环境中测试了各个蓝牙无线通信模块的性能,经过实地测试,一系列蓝牙无线通信模块均具有良好的性能。综上所述,对于上述一系列蓝牙无线通信模块来说,其不仅改善了蓝牙通信距离短、传输速率低两个关键指标,另外还在Class1USB语音Dongle和Class2 USB语音Dongle中增加了语音通信的功能;同时,将蓝牙电路部分单独设计成模块,更利于产品的测试、成本的降低以及系统的稳定,值得进一步去探讨和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 实现的目标
• 1.3 论文内容和作者所作工作
• 第二章 蓝牙无线通信关键技术
• 2.1 蓝牙技术概述
• 2.1.1 蓝牙关键技术介绍
• 2.1.2 蓝牙协议2.0 的改进
• 2.2 蓝牙射频前端及收发性能参数
• 2.2.1 蓝牙射频概述
• 2.2.2 频段和信道安排
• 2.2.3 蓝牙发射机性能
• 2.2.4 蓝牙接收机性能
• 2.3 小结
• 第三章 射频放大器设计
• 3.1 射频放大器设计概述
• 3.2 低噪声放大器设计
• 3.2.1 理论依据和设计方法
• 3.2.2 基于MGA85563 的LNA设计
• 3.2.3 基于T7024 的LNA设计
• 3.3 功率放大器的设计
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 基于T7024 的单级功率放大器设计
• 3.3.3 基于T7024 和RF2126 的双级功率放大器设计
• 3.4 小结
• 第四章 蓝牙无线通信模块分析与设计
• 4.1 蓝牙系列无线通信模块的设计方案
• 4.1.1 蓝牙芯片选择
• 4.1.2 蓝牙无线通信模块体系结构
• 4.1.3 收发模块器件选择
• 4.1.4 收发控制电路设计
• 4.1.5 语音Dongle中的音频编解码电路
• 4.1.6 电源电路设计
• 4.1.7 蓝牙无线通信系列模块电路原理图
• 4.2 蓝牙模块PCB设计
• 4.3 蓝牙无线通信系列模块性能测试
• 4.3.1 Class2 USB 语音Dongle传输速率测试
• 4.3.2 Class1 USB 语音Dongle传输速率测试
• 4.3.3 蓝牙收发模块在视频监控系统中的测试
• 4.3.4 蓝牙收发模块在PC终端中的测试
• 4.3.5 模块功耗测试
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果