BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的应用
引言
技术的发展和潮流的引导已使得手机不再是简单的通话工具，用手机收听立体声FM收音机，摆脱有线耳机"线"的束缚，通过蓝牙传输数据、接听电话和欣赏MP3音乐已经成为手机的基本功能之一。功能的不断增加要求PCB（印制电路板）上有足够的空间摆放元器件，而PCB的尺寸却是极为有限的，集成电路技术的快速发展为解决这一矛盾提供了可能。目前，一些主流的蓝牙芯片生产商（如CSR、Broadcom）都先后推出了蓝牙/FM的单芯片解决方案，本文对CSR BlueCore5-FM单芯片蓝牙/FM解决方案进行了介绍，举例详细阐述了它在Plilips SYSOLME5130手机开发平台中的应用架构和要点，并总结了这一架构的优点。
1 BlueCore5-FM的介绍
BlueCore5-FM结构图如图1所示，蓝牙部分主要由射频收发器、频率合成器、物理层硬件处理器、精简指令处理器、内部6Mb ROM和48KB RAM存储器、控制接口和通信接口等组成，其中射频接收器把接收到的2.4GHz的射频信号解调为基带信号；而射频发送器把基带信号调制到2.4GHz的载频上，通过平衡不平衡转换器（BALUN）经天线辐射出去。射频收发器所需的载频由专用的频率合成器产生。
遵循更高数据传输速率的2.0+EDR（Enhanced Data Rate）版蓝牙核心规范，有效载荷数据速率高达3Mbps，是V1.1及V1.2速率（1Mbps）的3倍；采用自适应跳频（AFM，Adaptive Frequency Hopping），具有和无线局域网（WLAN）共存的接口，一体化的自动校准和内置自测流程可以简化开发。
PCM接口既可设置为Master模式，也可设置为Slave模式，当设置为Master模式时，可以输出128KHz、256KHz和512KHz时钟；当设置为Slave模式时，接收的输入时钟可高达2.048KHz，无论是Master还是Slave模式都支持8ksps和48ksps两种采样率，UART（通用异步收发器）接口的波特率可通过寄存器设置，最高可达4Msps。
内置的高压LDO（低压差线性稳压器）和低压LDO可将外部的3.2V的电压分别转化为1.8V和1.5V。其中，1.8V主要为I/O口供电，1.5V主要为内核供电。
BlueCore5-FM模块的参考时钟可同时供蓝牙和FM的频率合成器使用；应用使须外接一BALUN器件。
FM收音机部分主要由低噪声前置放大器、IQ正交解调和FM解调器、频率合成器、无线数据广播系统（RDS，Radio Data System）和数/模转换器（ADC）组成。包括RDS解调器在内，FM解调后是通过数字方式处理的，这是其内部FM收音机的特点之一。
2 WM8731的介绍
WM8731的Wolfson公司推出的一款适合于语音应用的编码解码器（CODEC），其组成如图2所示。内部有2组ADC（模/数转换器）和DAC（数/模转换器），其抽样频率由外接的晶振频率和寄存器设置共同决定，可选择8KHz-96KHz的某一标准抽样频率。音频接口可通过编程设置为I2S或PCM接口模式。从线输入端输入的模拟音频信号经输入功率放大器放大后，既可以BYPASS模式直接送往输出端，也可经模/数转换后由数字音频接口输出；输入功放和输出功放的增益可调，而且这两路信号通路的断开和导通可通过寄存器设置静音开关实现。芯片的控制接口可选择设置为两线制或三线制，芯片既可设置为Master（主），也可设置为Slave（从）。28引脚5mm×5mm×0.9mm的QFN封装，特别适合对PCB面积有限制的应用。应用PCM接口通信时电流只有20mA左右，内置音频功放BYPASS模式工作时仅6mA左右，与外置单独音频功耗相当，软件对寄存器的正确设置可使待机功耗保持在15μA以下。
3 BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的应用架构
3.1 SYSOLME5130平台简要介绍
SYSOLME5130平台是Philips公司推出的GSM/GPRS手机开发平台，其芯片组主要由射频功放BGY502、射频收发器UAA3537、基带处理器OM6357EL和电源管理芯片PCF50603组成。内置有天线的射频功放BGY502对来自射频收发器UAA3537的信号进行功率放大；射频收发器UAA3537分别对来自天线的信号进行解调、下变频，对来自基带芯片的信号进行调制和上变频。基带芯片主要实现解码、数/模转换、模/数转换、产生控制信号等功能。电源管理芯片PCF50603内部由一系列LDO组成，其主要功能是为包括平台芯片在内的外围芯片提供一系列不同电压的电源。
3.2 SYSOLME5130应用特点
SYSOLME5130芯片组中的基带处理器OM6357EL内部包含DSP和ARM7处理器，UART1和UART2的最大波特率分别为460 800 bps和115 200 bps。UART1接口具有硬件流控制信号，而UART2则没有。
基带控制芯片OM6357EL虽然具有数字音频接口，但它不是标准的PCM接口，因此不能与标准PCM接口直接相连，而必须通过起桥接作用的解码类芯片转换。
电源管理单元PCF50603是SYSOLME5130平台极具特色的部分，内部包括9个LDO和1个充电泵，可为外部提供1.2-3.3V的各种电压，其中部分LDO在空闲状态时可通过软件关断来降低功耗；此外还有一路为MIC（麦克风）提供固定偏压的电源。
3.3 应用架构中的蓝牙/FM信号流程
BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的应用架构如图3所示。值得注意的是，本文主要介绍BlueCore5-FM在该平台中的应用，因此架构中略去了如键盘、显示模块、SIM卡等与手机本身相关的部分。
3.3.1 信号流程
存储器与BlueCore-FM之间数据通过UART实现双向传输。
BlueCore5-FM与SYSOLME5130平台之间的语音通信相对比较复杂。BlueCore5-FM接收到的信号经解调、解码为语音数据后，通过PCM接口与解码芯片WM8731通信；WM8731将接收到的数字信号通过内部数/模转换器（DAC）转换为模拟信号，此模拟信号送往基带处理器中OM6357EL内部模/数转换器（对应于麦克风输入端）；经模/数转换、编码，最后送往射频收发器UAA3537调制、功率放大后以GSM信号发射出去。同理，GSM信号经射频功放BGY502内部天线开关、射频收发器UAA3537解调，OM6357EL解码，数/模转换为模拟信号，此模拟信号送往WM8731，进行WM8731内部模/数转换，转换后的数字信号经PCM接口送往蓝牙芯片，编码、调制后以2.4GHz射频信号发射出去。
BlueCore5-FM中FM（调频）信号流程比较简单。内部调频接收机将接收到的立体声FM信号解调，解调后的数字信号一路由RDS信号解调器进一步解调，然后送往BlueCore5-FM内部存储器管理单元；另一路又一分为二，分别送往Bluecore5-FM内部存储器管理单元和内部双声道数/模转换器，解调出的FM信号经内部双声道数/模转换器输出，送往解码芯片WM8731左右线输入端，以BYPASS模式送往其内置音频功放，驱动耳机。基带处理器OM6357EL可通过I2C控制接口实现对BlueCore5-FM收音机部分的主从设置、音量控制、调谐期间噪声静音（MUTE）开关开启与关闭等控制。
3.3.2 设计要点
BlueCore5-FM UART接口传输速率远高于基带处理器OM6357EL UART接口的最高传输速率，为尽可能让二者速率匹配，基带处理器OM6357EL必须通过UAR1与BlueCore5-FM UART接口连接。此外，UART1的流控制信号（CTS和RTS信号）既可以保障数据传输的完备性，也可以减小软件流控制的开销，从而提高蓝牙设备搜寻、配对和连接的成功率，缩短建立连接过程的时间。
WM8731外接晶振可采用比较常见的24.576MHz晶振，频率精度要求优于±40ppm，以保证语音解码质量；BlueCore5-FM内部具有PLL（锁相环），射频收发器UAA3537输出的13MHz时钟幅度和频率稳定度均可满足其要求；BlueCore5-FM在低功耗模式下需要的32.768KHz休眠时钟频率可由电源管理芯片提供。
PCM接口通信中，如果WM8731配置成Master（主），则其比特时钟将是24.576MHz的1/8，即3.072MHz；BlueCore5-FM PCM接口配置成Slave（从）模式，则其比特时钟频率最高只有2.048MHz。因此，为保证BlueCore5-FM和WM8731之间的PCM接口正常工作，必须将前者PCM接口配置为Master（主），后者配置为Slave（从）模式。
软件上应尽可能优化程序，以减轻基带处理器OM6357中的ARM7处理器负担，为基带处理器OM6357EL执行与蓝牙相关协议留有足够的冗余能力。
BlueCore5-FM芯片有CSP（Chip scale Package，芯片级封装）和BGA（Ball Grid Array，球状矩阵排列）两种封装可供选择，为保证BlueCore5-FM的射频指标，PCB电路板中芯片信号层下面必须保证大面积较为完整的地，对于CSP封装的芯片这一要求更为严格。此外，合适的平衡不平衡转换器（BALUN）对保证蓝牙的射频指标也起到十分重要的作用。
语音通信信号流程经历了数字到模拟，再从模拟到数字的转换，模拟信号途径过程中容易引入干扰，因此模拟信号在PCB板层中须包地处理，而且相临上下层尽可能避免出现与音频模拟信号平行走线的信号。
3.4 BlueCore5-FM应用实例的优点
与传统的蓝牙和立体声FM收音机分别由两块芯片单独解决的方案相比，BlueCore5-FM单芯片实现了蓝牙和立体声FM收音机两种功能，且外围器件少，EMC（电磁兼容）问题容易解决；尤其是FM收音机，外接元件少，通过外部元件引入干扰的可能性就低，也容易保证较高的灵敏度。
BlueCore5-FM内置的高压LDO和低压LDO的级联使用很好的满足了自身的平衡不平衡转换器（BALUN）的电源需要，减少了外界LDO，降低了成本。
通过价格较低的解码芯片WM8731解决了SYSOLME5130平台非标准PCM接口与BlueCore5-FM芯片标准PCM接口的连接问题，而且解码芯片内置的立体声音频功放也得到了很好的利用。同时，解码芯片WM8731较低的工作和休眠功耗也适合手机的低功耗要求。
4 结论
BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的良好应用为手机提供高性能的蓝牙通信和高品质立体声FM收音机提供了新的可能；与此同时，蓝牙/FM单芯片解决方案blueCore5-FM与SYSOLME5130平台的有机结合为减少外围器件，降低手机成本提供了新的空间。
技术的发展和潮流的引导已使得手机不再是简单的通话工具，用手机收听立体声FM收音机，摆脱有线耳机"线"的束缚，通过蓝牙传输数据、接听电话和欣赏MP3音乐已经成为手机的基本功能之一。功能的不断增加要求PCB（印制电路板）上有足够的空间摆放元器件，而PCB的尺寸却是极为有限的，集成电路技术的快速发展为解决这一矛盾提供了可能。目前，一些主流的蓝牙芯片生产商（如CSR、Broadcom）都先后推出了蓝牙/FM的单芯片解决方案，本文对CSR BlueCore5-FM单芯片蓝牙/FM解决方案进行了介绍，举例详细阐述了它在Plilips SYSOLME5130手机开发平台中的应用架构和要点，并总结了这一架构的优点。
1 BlueCore5-FM的介绍
BlueCore5-FM结构图如图1所示，蓝牙部分主要由射频收发器、频率合成器、物理层硬件处理器、精简指令处理器、内部6Mb ROM和48KB RAM存储器、控制接口和通信接口等组成，其中射频接收器把接收到的2.4GHz的射频信号解调为基带信号；而射频发送器把基带信号调制到2.4GHz的载频上，通过平衡不平衡转换器（BALUN）经天线辐射出去。射频收发器所需的载频由专用的频率合成器产生。
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遵循更高数据传输速率的2.0+EDR（Enhanced Data Rate）版蓝牙核心规范，有效载荷数据速率高达3Mbps，是V1.1及V1.2速率（1Mbps）的3倍；采用自适应跳频（AFM，Adaptive Frequency Hopping），具有和无线局域网（WLAN）共存的接口，一体化的自动校准和内置自测流程可以简化开发。
PCM接口既可设置为Master模式，也可设置为Slave模式，当设置为Master模式时，可以输出128KHz、256KHz和512KHz时钟；当设置为Slave模式时，接收的输入时钟可高达2.048KHz，无论是Master还是Slave模式都支持8ksps和48ksps两种采样率，UART（通用异步收发器）接口的波特率可通过寄存器设置，最高可达4Msps。
内置的高压LDO（低压差线性稳压器）和低压LDO可将外部的3.2V的电压分别转化为1.8V和1.5V。其中，1.8V主要为I/O口供电，1.5V主要为内核供电。
BlueCore5-FM模块的参考时钟可同时供蓝牙和FM的频率合成器使用；应用使须外接一BALUN器件。
FM收音机部分主要由低噪声前置放大器、IQ正交解调和FM解调器、频率合成器、无线数据广播系统（RDS，Radio Data System）和数/模转换器（ADC）组成。包括RDS解调器在内，FM解调后是通过数字方式处理的，这是其内部FM收音机的特点之一。
2 WM8731的介绍
WM8731的Wolfson公司推出的一款适合于语音应用的编码解码器（CODEC），其组成如图2所示。内部有2组ADC（模/数转换器）和DAC（数/模转换器），其抽样频率由外接的晶振频率和寄存器设置共同决定，可选择8KHz-96KHz的某一标准抽样频率。音频接口可通过编程设置为I2S或PCM接口模式。从线输入端输入的模拟音频信号经输入功率放大器放大后，既可以BYPASS模式直接送往输出端，也可经模/数转换后由数字音频接口输出；输入功放和输出功放的增益可调，而且这两路信号通路的断开和导通可通过寄存器设置静音开关实现。芯片的控制接口可选择设置为两线制或三线制，芯片既可设置为Master（主），也可设置为Slave（从）。28引脚5mm×5mm×0.9mm的QFN封装，特别适合对PCB面积有限制的应用。应用PCM接口通信时电流只有20mA左右，内置音频功放BYPASS模式工作时仅6mA左右，与外置单独音频功耗相当，软件对寄存器的正确设置可使待机功耗保持在15μA以下。
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3 BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的应用架构
3.1 SYSOLME5130平台简要介绍
SYSOLME5130平台是Philips公司推出的GSM/GPRS手机开发平台，其芯片组主要由射频功放BGY502、射频收发器UAA3537、基带处理器OM6357EL和电源管理芯片PCF50603组成。内置有天线的射频功放BGY502对来自射频收发器UAA3537的信号进行功率放大；射频收发器UAA3537分别对来自天线的信号进行解调、下变频，对来自基带芯片的信号进行调制和上变频。基带芯片主要实现解码、数/模转换、模/数转换、产生控制信号等功能。电源管理芯片PCF50603内部由一系列LDO组成，其主要功能是为包括平台芯片在内的外围芯片提供一系列不同电压的电源。
3.2 SYSOLME5130应用特点
SYSOLME5130芯片组中的基带处理器OM6357EL内部包含DSP和ARM7处理器，UART1和UART2的最大波特率分别为460 800 bps和115 200 bps。UART1接口具有硬件流控制信号，而UART2则没有。
基带控制芯片OM6357EL虽然具有数字音频接口，但它不是标准的PCM接口，因此不能与标准PCM接口直接相连，而必须通过起桥接作用的解码类芯片转换。
电源管理单元PCF50603是SYSOLME5130平台极具特色的部分，内部包括9个LDO和1个充电泵，可为外部提供1.2-3.3V的各种电压，其中部分LDO在空闲状态时可通过软件关断来降低功耗；此外还有一路为MIC（麦克风）提供固定偏压的电源。
3.3 应用架构中的蓝牙/FM信号流程
BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的应用架构如图3所示。值得注意的是，本文主要介绍BlueCore5-FM在该平台中的应用，因此架构中略去了如键盘、显示模块、SIM卡等与手机本身相关的部分。
3.3.1 信号流程
存储器与BlueCore-FM之间数据通过UART实现双向传输。
BlueCore5-FM与SYSOLME5130平台之间的语音通信相对比较复杂。BlueCore5-FM接收到的信号经解调、解码为语音数据后，通过PCM接口与解码芯片WM8731通信；WM8731将接收到的数字信号通过内部数/模转换器（DAC）转换为模拟信号，此模拟信号送往基带处理器中OM6357EL内部模/数转换器（对应于麦克风输入端）；经模/数转换、编码，最后送往射频收发器UAA3537调制、功率放大后以GSM信号发射出去。同理，GSM信号经射频功放BGY502内部天线开关、射频收发器UAA3537解调，OM6357EL解码，数/模转换为模拟信号，此模拟信号送往WM8731，进行WM8731内部模/数转换，转换后的数字信号经PCM接口送往蓝牙芯片，编码、调制后以2.4GHz射频信号发射出去。
BlueCore5-FM中FM（调频）信号流程比较简单。内部调频接收机将接收到的立体声FM信号解调，解调后的数字信号一路由RDS信号解调器进一步解调，然后送往BlueCore5-FM内部存储器管理单元；另一路又一分为二，分别送往Bluecore5-FM内部存储器管理单元和内部双声道数/模转换器，解调出的FM信号经内部双声道数/模转换器输出，送往解码芯片WM8731左右线输入端，以BYPASS模式送往其内置音频功放，驱动耳机。基带处理器OM6357EL可通过I2C控制接口实现对BlueCore5-FM收音机部分的主从设置、音量控制、调谐期间噪声静音（MUTE）开关开启与关闭等控制。
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3.3.2 设计要点
BlueCore5-FM UART接口传输速率远高于基带处理器OM6357EL UART接口的最高传输速率，为尽可能让二者速率匹配，基带处理器OM6357EL必须通过UAR1与BlueCore5-FM UART接口连接。此外，UART1的流控制信号（CTS和RTS信号）既可以保障数据传输的完备性，也可以减小软件流控制的开销，从而提高蓝牙设备搜寻、配对和连接的成功率，缩短建立连接过程的时间。
WM8731外接晶振可采用比较常见的24.576MHz晶振，频率精度要求优于±40ppm，以保证语音解码质量；BlueCore5-FM内部具有PLL（锁相环），射频收发器UAA3537输出的13MHz时钟幅度和频率稳定度均可满足其要求；BlueCore5-FM在低功耗模式下需要的32.768KHz休眠时钟频率可由电源管理芯片提供。
PCM接口通信中，如果WM8731配置成Master（主），则其比特时钟将是24.576MHz的1/8，即3.072MHz；BlueCore5-FM PCM接口配置成Slave（从）模式，则其比特时钟频率最高只有2.048MHz。因此，为保证BlueCore5-FM和WM8731之间的PCM接口正常工作，必须将前者PCM接口配置为Master（主），后者配置为Slave（从）模式。
软件上应尽可能优化程序，以减轻基带处理器OM6357中的ARM7处理器负担，为基带处理器OM6357EL执行与蓝牙相关协议留有足够的冗余能力。
BlueCore5-FM芯片有CSP（Chip scale Package，芯片级封装）和BGA（Ball Grid Array，球状矩阵排列）两种封装可供选择，为保证BlueCore5-FM的射频指标，PCB电路板中芯片信号层下面必须保证大面积较为完整的地，对于CSP封装的芯片这一要求更为严格。此外，合适的平衡不平衡转换器（BALUN）对保证蓝牙的射频指标也起到十分重要的作用。
语音通信信号流程经历了数字到模拟，再从模拟到数字的转换，模拟信号途径过程中容易引入干扰，因此模拟信号在PCB板层中须包地处理，而且相临上下层尽可能避免出现与音频模拟信号平行走线的信号。
3.4 BlueCore5-FM应用实例的优点
与传统的蓝牙和立体声FM收音机分别由两块芯片单独解决的方案相比，BlueCore5-FM单芯片实现了蓝牙和立体声FM收音机两种功能，且外围器件少，EMC（电磁兼容）问题容易解决；尤其是FM收音机，外接元件少，通过外部元件引入干扰的可能性就低，也容易保证较高的灵敏度。
BlueCore5-FM内置的高压LDO和低压LDO的级联使用很好的满足了自身的平衡不平衡转换器（BALUN）的电源需要，减少了外界LDO，降低了成本。
通过价格较低的解码芯片WM8731解决了SYSOLME5130平台非标准PCM接口与BlueCore5-FM芯片标准PCM接口的连接问题，而且解码芯片内置的立体声音频功放也得到了很好的利用。同时，解码芯片WM8731较低的工作和休眠功耗也适合手机的低功耗要求。
4 结论
BlueCore5-FM在SYSOLME5130平台中的良好应用为手机提供高性能的蓝牙通信和高品质立体声FM收音机提供了新的可能；与此同时，蓝牙/FM单芯片解决方案blueCore5-FM与SYSOLME5130平台的有机结合为减少外围器件，降低手机成本提供了新的空间。