引言

技術的發展和潮流的引導已使得手機不再是簡單的通話工具，用手機收聽立體聲FM收音機，擺脫有線耳機“線”的束縛，通過藍牙傳輸數據、接聽電話和欣賞MP3音樂已經成為手機的基本功能之一。功能的不斷增加要求PCB（印制電路板）上有足夠的空間擺放元器件，而PCB的尺寸卻是極為有限的，集成電路技術的快速發展為解決這一矛盾提供了可能。目前，一些主流的藍牙芯片生產商（如CSR、Broadcom）都先后推出了藍牙/FM的單芯片解決方案，本文對CSR BlueCore5-FM單芯片藍牙/FM解決方案進行了介紹，舉例詳細闡述了它在Plilips SYSOLME5130手機開發平臺中的應用架構和要點，并總結了這一架構的優點。

1 、BlueCore5-FM的介紹

BlueCore5-FM結構圖如圖1所示，藍牙部分主要由射頻收發器、頻率合成器、物理層硬件處理器、精簡指令處理器、內部6Mb ROM和48KB RAM存儲器、控制接口和通信接口等組成，其中射頻接收器把接收到的2.4GHz的射頻信號解調為基帶信號；而射頻發送器把基帶信號調制到2.4GHz的載頻上，通過平衡不平衡轉換器（BALUN）經天線輻射出去。射頻收發器所需的載頻由專用的頻率合成器產生。

遵循更高數據傳輸速率的2.0+EDR（Enhanced Data Rate）版藍牙核心規范，有效載荷數據速率高達3Mbps，是V1.1及V1.2速率（1Mbps）的3倍；采用自適應跳頻（AFM，Adaptive Frequency Hopping），具有和無線局域網（WLAN）共存的接口，一體化的自動校準和內置自測流程可以簡化開發。

PCM接口既可設置為Master模式，也可設置為Slave模式，當設置為Master模式時，可以輸出128KHz、256KHz和512KHz時鐘；當設置為Slave模式時，接收的輸入時鐘可高達2.048KHz，無論是Master還是Slave模式都支持8ksps和48ksps兩種采樣率，UART（通用異步收發器）接口的波特率可通過寄存器設置，最高可達4Msps。

內置的高壓LDO（低壓差線性穩壓器）和低壓LDO可將外部的3.2V的電壓分別轉化為1.8V和1.5V。其中，1.8V主要為I/O口供電，1.5V主要為內核供電。

BlueCore5-FM模塊的參考時鐘可同時供藍牙和FM的頻率合成器使用；應用使須外接一BALUN器件。

FM收音機部分主要由低噪聲前置放大器、IQ正交解調和FM解調器、頻率合成器、無線數據廣播系統（RDS，Radio Data System）和數/模轉換器（ADC）組成。包括RDS解調器在內，FM解調后是通過數字方式處理的，這是其內部FM收音機的特點之一。

2、 WM8731的介紹

WM8731的Wolfson公司推出的一款適合于語音應用的編碼解碼器（CODEC），其組成如圖2所示。內部有2組ADC（模/數轉換器）和DAC（數/模轉換器），其抽樣頻率由外接的晶振頻率和寄存器設置共同決定，可選擇8KHz-96KHz的某一標準抽樣頻率。音頻接口可通過編程設置為I2S或PCM接口模式。從線輸入端輸入的模擬音頻信號經輸入功率放大器放大后，既可以BYPASS模式直接送往輸出端，也可經模/數轉換后由數字音頻接口輸出；輸入功放和輸出功放的增益可調，而且這兩路信號通路的斷開和導通可通過寄存器設置靜音開關實現。芯片的控制接口可選擇設置為兩線制或三線制，芯片既可設置為Master（主），也可設置為Slave（從）。28引腳5mm×5mm×0.9mm的QFN封裝，特別適合對PCB面積有限制的應用。應用PCM接口通信時電流只有20mA左右，內置音頻功放BYPASS模式工作時僅6mA左右，與外置單獨音頻功耗相當，軟件對寄存器的正確設置可使待機功耗保持在15μA以下。

3 、BlueCore5-FM在SYSOLME5130平臺中的應用架構

3.1 SYSOLME5130平臺簡要介紹

SYSOLME5130平臺是Philips公司推出的GSM/GPRS手機開發平臺，其芯片組主要由射頻功放BGY502、射頻收發器UAA3537、基帶處理器OM6357EL和電源管理芯片PCF50603組成。內置有天線的射頻功放BGY502對來自射頻收發器UAA3537的信號進行功率放大；射頻收發器UAA3537分別對來自天線的信號進行解調、下變頻，對來自基帶芯片的信號進行調制和上變頻。基帶芯片主要實現解碼、數/模轉換、模/數轉換、產生控制信號等功能。電源管理芯片PCF50603內部由一系列LDO組成，其主要功能是為包括平臺芯片在內的外圍芯片提供一系列不同電壓的電源。

3.2 SYSOLME5130應用特點

SYSOLME5130芯片組中的基帶處理器OM6357EL內部包含DSP和ARM7處理器，UART1和UART2的最大波特率分別為460 800 bps和115 200 bps。UART1接口具有硬件流控制信號，而UART2則沒有。

基帶控制芯片OM6357EL雖然具有數字音頻接口，但它不是標準的PCM接口，因此不能與標準PCM接口直接相連，而必須通過起橋接作用的解碼類芯片轉換。

電源管理單元PCF50603是SYSOLME5130平臺極具特色的部分，內部包括9個LDO和1個充電泵，可為外部提供1.2-3.3V的各種電壓，其中部分LDO在空閑狀態時可通過軟件關斷來降低功耗；此外還有一路為MIC（麥克風）提供固定偏壓的電源。

3.3 應用架構中的藍牙/FM信號流程

BlueCore5-FM在SYSOLME5130平臺中的應用架構如圖3所示。值得注意的是，本文主要介紹BlueCore5-FM在該平臺中的應用，因此架構中略去了如鍵盤、顯示模塊、SIM卡等與手機本身相關的部分。

3.3.1 信號流程

存儲器與BlueCore-FM之間數據通過UART實現雙向傳輸。

BlueCore5-FM與SYSOLME5130平臺之間的語音通信相對比較復雜。BlueCore5-FM接收到的信號經解調、解碼為語音數據后，通過PCM接口與解碼芯片WM8731通信；WM8731將接收到的數字信號通過內部數/模轉換器（DAC）轉換為模擬信號，此模擬信號送往基帶處理器中OM6357EL內部模/數轉換器（對應于麥克風輸入端）；經模/數轉換、編碼，最后送往射頻收發器UAA3537調制、功率放大后以GSM信號發射出去。同理，GSM信號經射頻功放BGY502內部天線開關、射頻收發器UAA3537解調，OM6357EL解碼，數/模轉換為模擬信號，此模擬信號送往WM8731，進行WM8731內部模/數轉換，轉換后的數字信號經PCM接口送往藍牙芯片，編碼、調制后以2.4GHz射頻信號發射出去。

BlueCore5-FM中FM（調頻）信號流程比較簡單。內部調頻接收機將接收到的立體聲FM信號解調，解調后的數字信號一路由RDS信號解調器進一步解調，然后送往BlueCore5-FM內部存儲器管理單元；另一路又一分為二，分別送往Bluecore5-FM內部存儲器管理單元和內部雙聲道數/模轉換器，解調出的FM信號經內部雙聲道數/模轉換器輸出，送往解碼芯片WM8731左右線輸入端，以BYPASS模式送往其內置音頻功放，驅動耳機。基帶處理器OM6357EL可通過I2C控制接口實現對BlueCore5-FM收音機部分的主從設置、音量控制、調諧期間噪聲靜音（MUTE）開關開啟與關閉等控制。

3.3.2 設計要點

BlueCore5-FM UART接口傳輸速率遠高于基帶處理器OM6357EL UART接口的最高傳輸速率，為盡可能讓二者速率匹配，基帶處理器OM6357EL必須通過UAR1與BlueCore5-FM UART接口連接。此外，UART1的流控制信號（CTS和RTS信號）既可以保障數據傳輸的完備性，也可以減小軟件流控制的開銷，從而提高藍牙設備搜尋、配對和連接的成功率，縮短建立連接過程的時間。

WM8731外接晶振可采用比較常見的24.576MHz晶振，頻率精度要求優于±40ppm，以保證語音解碼質量；BlueCore5-FM內部具有PLL（鎖相環），射頻收發器UAA3537輸出的13MHz時鐘幅度和頻率穩定度均可滿足其要求；BlueCore5-FM在低功耗模式下需要的32.768KHz休眠時鐘頻率可由電源管理芯片提供。

PCM接口通信中，如果WM8731配置成Master（主），則其比特時鐘將是24.576MHz的1/8，即3.072MHz；BlueCore5-FM PCM接口配置成Slave（從）模式，則其比特時鐘頻率最高只有2.048MHz。因此，為保證BlueCore5-FM和WM8731之間的PCM接口正常工作，必須將前者PCM接口配置為Master（主），后者配置為Slave（從）模式。

軟件上應盡可能優化程序，以減輕基帶處理器OM6357中的ARM7處理器負擔，為基帶處理器OM6357EL執行與藍牙相關協議留有足夠的冗余能力。

BlueCore5-FM芯片有CSP（Chip scale Package，芯片級封裝）和BGA（Ball Grid Array，球狀矩陣排列）兩種封裝可供選擇，為保證BlueCore5-FM的射頻指標，PCB電路板中芯片信號層下面必須保證大面積較為完整的地，對于CSP封裝的芯片這一要求更為嚴格。此外，合適的平衡不平衡轉換器（BALUN）對保證藍牙的射頻指標也起到十分重要的作用。

語音通信信號流程經歷了數字到模擬，再從模擬到數字的轉換，模擬信號途徑過程中容易引入干擾，因此模擬信號在PCB板層中須包地處理，而且相臨上下層盡可能避免出現與音頻模擬信號平行走線的信號。

3.4 BlueCore5-FM應用實例的優點

與傳統的藍牙和立體聲FM收音機分別由兩塊芯片單獨解決的方案相比，BlueCore5-FM單芯片實現了藍牙和立體聲FM收音機兩種功能，且外圍器件少，EMC（電磁兼容）問題容易解決；尤其是FM收音機，外接元件少，通過外部元件引入干擾的可能性就低，也容易保證較高的靈敏度。

BlueCore5-FM內置的高壓LDO和低壓LDO的級聯使用很好的滿足了自身的平衡不平衡轉換器（BALUN）的電源需要，減少了外界LDO，降低了成本。

通過價格較低的解碼芯片WM8731解決了SYSOLME5130平臺非標準PCM接口與BlueCore5-FM芯片標準PCM接口的連接問題，而且解碼芯片內置的立體聲音頻功放也得到了很好的利用。同時，解碼芯片WM8731較低的工作和休眠功耗也適合手機的低功耗要求。

4、 結論

BlueCore5-FM在SYSOLME5130平臺中的良好應用為手機提供高性能的藍牙通信和高品質立體聲FM收音機提供了新的可能；與此同時，藍牙/FM單芯片解決方案blueCore5-FM與SYSOLME5130平臺的有機結合為減少外圍器件，降低手機成本提供了新的空間。