淺談藍(lán)牙射頻技術(shù)的重要性
出處:來源:與非網(wǎng) 發(fā)布于:2011-08-31 11:23:40
藍(lán)牙,是一種支持設(shè)備短距離通信(一般10m內(nèi))的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù),能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信,從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù),支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信,工作在通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。
射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~30GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。 射頻收發(fā)電路射頻即Radio Frequency,通常縮寫為RF。表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300MHz~30GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。
在電子學(xué)理論中,電流流過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng);交變電流通過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng),稱為電磁波。在電磁波頻率低于100khz時(shí),電磁波會(huì)被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高于100khz時(shí),電磁波可以在空氣中傳播,并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射,形成遠(yuǎn)距離傳輸能力,我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻,射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中被廣泛使用。
藍(lán)牙射頻設(shè)計(jì)采用了多種系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),既有傳統(tǒng)模擬調(diào)制基于中頻的系統(tǒng),也有基于數(shù)字IQ調(diào)制器/解調(diào)器配置的系統(tǒng),但無論采用哪種設(shè)計(jì)配置,在產(chǎn)品開發(fā)過程中都必須解決下面的問題:
1 各地法規(guī)要求
2 藍(lán)牙
3 簡(jiǎn)單高效制造測(cè)試
4 與其它廠商產(chǎn)品的良好兼容性
藍(lán)牙射頻技術(shù)
信息時(shí)代的特點(diǎn)便是更加方便快速的信息傳播,正是基于這一點(diǎn),技術(shù)人員也在努力開發(fā)更加出色的信息數(shù)據(jù)傳輸方式。藍(lán)牙,對(duì)于手機(jī)乃至整個(gè) IT業(yè)而言已經(jīng)不僅僅是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù),而是一種概念。當(dāng)藍(lán)牙聯(lián)盟信誓旦旦地對(duì)未來前景作著美好的憧憬時(shí),整個(gè)業(yè)界都為之震動(dòng)。拋開傳統(tǒng)連線的束縛,徹底地享受無拘無束的樂趣,藍(lán)牙給予我們的承諾足以讓人精神振奮。藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性規(guī)范,它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ),為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。其程序?qū)懺谝粋€(gè)9 x 9 mm的微芯片中。
藍(lán)牙設(shè)備工作于ISM頻段,通常是在2.402GHz至2.48GHz之間的79個(gè)信道上運(yùn)行。它使用稱為0.5BT高斯頻移鍵控(GFSK)的數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)彼此間的通信。也就是說把載波上移157kHz代表“1”,下移157kHz代表“0”,速率為100萬符號(hào)(或比特)/秒,然后用“0.5”將數(shù)據(jù)濾波器的-3dB帶寬設(shè)定在500kHz,這樣可以限制射頻占用的頻譜。
射頻識(shí)別技術(shù)依其采用的頻率不同可分為低頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)兩大類;根據(jù)電子標(biāo)簽內(nèi)是否裝有電池為其供電,又可將其分為有源系統(tǒng)和無源系統(tǒng)兩大類;從電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息注入的方式可將其分為集成電路固化式、現(xiàn)場(chǎng)有線改寫式和現(xiàn)場(chǎng)無線改寫式三大類;根據(jù)讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段,可將其分為廣播發(fā)射式、倍頻式和反射調(diào)制式三大類。
兩個(gè)設(shè)備間通過時(shí)分復(fù)用(TDD)方式通信,發(fā)送器和接收器在相隔時(shí)段中交替?zhèn)魉?,即一個(gè)挨著另一個(gè)傳送,此外還采用了一種極快的跳頻方案(1,600跳/秒),以便在擁擠波段中提高鏈路可靠性。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)預(yù)計(jì)波段利用率將不斷增加,因此可靠性是基本的要求。

在圖1所示的藍(lán)牙結(jié)構(gòu)中,接收器僅采用下轉(zhuǎn)換,這類設(shè)計(jì)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的本地振蕩器,輸出經(jīng)過倍頻,并在接收器和發(fā)送器間切換。FSK允許直接VCO調(diào)制,基帶數(shù)據(jù)通過一個(gè)固定時(shí)間延遲且無過沖高斯濾波器,而脈沖整形僅用于發(fā)送器中,鎖相環(huán)(PLL)可用采樣-保持電路或相位調(diào)制器解除基帶內(nèi)的相位調(diào)制。通常中頻相當(dāng)高,以限制濾波器元件的物理尺寸,使中頻遠(yuǎn)離LO頻率,確保足夠的鏡像抑制。如果電平過高造成接收器輸入過載,則應(yīng)使用天線開關(guān)。
測(cè)試項(xiàng)目
下面介紹一些適用于藍(lán)牙設(shè)備RF部分的測(cè)試。
功率──輸出放大器是一個(gè)選件,有這種選件無疑可提升I類(+20dBm)輸出放大器的輸出功率。雖然對(duì)電平指標(biāo)不作要求,但應(yīng)避免過大的功率輸出,以免造成不必要的電池耗電。
無論設(shè)計(jì)提供的功率是+20dBm還是更低,接收器都需要有接收信號(hào)強(qiáng)度指示,RSSI信息允許不同功率設(shè)備間互相聯(lián)系,這類設(shè)計(jì)中的功率斜率可由控制放大器的偏置電流實(shí)現(xiàn)。
與其它TDMA系統(tǒng)如DECT或GSM不同,藍(lán)牙頻譜測(cè)試并不限于單獨(dú)的功率控制和調(diào)制誤差測(cè)試,它的測(cè)量間隔時(shí)間必須足夠長(zhǎng),以采集到斜率和調(diào)制造成的影響。在實(shí)際中這不會(huì)影響,時(shí)間選通測(cè)量由于能迅速確定缺陷,具有很高的價(jià)值。有些設(shè)計(jì)在調(diào)制開始前使用未經(jīng)指定的周期,這通常用于接收器的準(zhǔn)備。
頻率誤差──藍(lán)牙規(guī)范中所有頻率測(cè)量選取較短的4微秒或10微秒選通周期,這樣會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的不定性,可從不同的角度進(jìn)行理解。首先,窄的時(shí)間開口意味著測(cè)量帶寬截止頻率較高,會(huì)把各類噪聲引入測(cè)量;其次應(yīng)考慮誤差機(jī)制,如在短間隔測(cè)量中,來自測(cè)量設(shè)備的量化噪聲或振蕩器邊帶噪聲將占較大百分比,而較長(zhǎng)測(cè)量間隔中這些噪聲影響會(huì)被平均掉。因此設(shè)計(jì)范圍要考慮這一因素,它應(yīng)超過參考晶振產(chǎn)生的靜態(tài)誤差。
頻率漂移──漂移測(cè)量將短的10位相鄰數(shù)據(jù)組和跨越脈沖的較長(zhǎng)漂移結(jié)果結(jié)合在一起。如果在發(fā)送器設(shè)計(jì)中用了采樣-保持設(shè)計(jì),就可能出現(xiàn)這一誤差。對(duì)其它類型設(shè)計(jì),在波形圖上可觀察到像紋波一樣的有害4kHz至100kHz調(diào)制成分或噪聲,表明了它可作為另一個(gè)方法確保很好地將電源去耦合。
調(diào)制──在發(fā)送路徑中,圖1中的VCO被直接調(diào)制,為避免PLL剝離帶寬內(nèi)調(diào)制成分,可讓傳輸器件開路或使用相位誤差校正(兩點(diǎn)調(diào)制)。采樣-保持技術(shù)應(yīng)該是有效的,但需注意避免頻率漂移。除非使用數(shù)字技術(shù)調(diào)整合成器的分頻比,否則應(yīng)校準(zhǔn)相位調(diào)制器,以免出現(xiàn)不同數(shù)據(jù)碼型調(diào)制的響應(yīng)平坦度低的問題。
藍(lán)牙RF規(guī)范要檢查11110000和10101010兩種不同碼型的峰值頻率偏移,]GMSK調(diào)制濾波器的輸出在2.5bit后達(dá)到值,個(gè)碼可檢查這一點(diǎn),GMSK濾波器的截止點(diǎn)和形狀則由第二個(gè)碼檢查。在理想情況下,1010碼峰值偏移為11110000的88%,某些設(shè)計(jì)的發(fā)送未施加0.5BT高斯濾波而會(huì)顯示更高比值。基本調(diào)制頻率為500kHz,此時(shí)的比特率為100萬符號(hào)/ 秒。
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