Компания MAY, Станислав Дидилев

"Голубой зуб" от NXP

В последнее время появилось множество различных стандартов беспроводной связи. Многие из них, вначале считавшихся перспективными, не выдержали конкурентной борьбы и были забыты. Другие пробили себе дорогу на телекоммуникационный рынок и стали общепринятым стандартом, причем многие из них сейчас активно развиваются. Таким стандартом, несомненно, является Bluetooth.

Но стандарты не развиваются сами по себе. В их развитии большую роль играют компании, которые используют данные стандарты. Каждая из них старается в разработках реализовать свое решение на основе новой технологии. Поэтому весьма интересно рассмотреть, как реализовал Bluetooth - компоненты тот или иной производитель. В данной статье рассматривается Bluetooth - решение от NXP (Philips Semiconductor).

Экскурс в историю

История Bluetooth началась в 1994 году, с проекта MC Link шведской компании ERICSSON по разработке системы локальной беспроводной связи радиотелефона с различными аксессуарами типа телефонной гарнитуры. Осознав необходимость массового производства подобных систем для снижения их стоимости, а также широкие возможности по применению подобной технологии в других областях, компании удалось привлечь внимание ряда крупных мировых производителей. В результате этого в мае 1998 года Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia объявили о создании специальной рабочей группы Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group) с целью продвижения и развития Bluetooth - технологии. Эта технология разрабатывалась для беспроводного обмена информацией между различными устройствами, такими, как компьютер, сотовый телефон, органайзер и пр. Признав перспективы нового стандарта, в SIG вскоре вошли Motorola, Compaq, Dell, Qualcomm, Lucent Technologies, после чего приток новых членов практически не прекращался, и в настоящее время группа насчитывает около двух с половиной тысяч участников. Главной целью существования группы является разработка и унификация бесплатной открытой спецификации Bluetooth для создания беспроводных локальных сетей.

Необычное название ("Голубой Зуб") новая технология получила от английского прозвища датского короля Гарольда (Harald Blaatand), знаменитого тем, что в X веке он объединил Данию и Норвегию. Так и в наше время создатели этой технологии надеются, что она объединит различные электронные устройства - от радиотелефонов и компьютеров до микроволновых печей и холодильников.

Внутри Bluetooth

Bluetooth представляет собой стандарт беспроводной связи на небольшие расстояния (до 10м с возможностью расширения до 100м) в нелицензируемом диапазоне 2,4 ГГц (полоса промышленного, научного и медицинского применения ISM - Industry, Science, Medicine). Одна из особенностей стандарта - использование метода расширения спектра с перескоком по частоте - FHSS. Смена частоты канала происходит по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Данные передаются как в изохронном, так и в асинхронном режимах, обеспечивается простая интеграция с TCP/IP, предусмотрена поддержка трех голосовых каналов.

Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, либо непосредственно встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт или PC-карту. В отличие от IrDA, адаптеры могут работать не обязательно в зоне прямой видимости, то есть, между соединяемыми устройствами могут быть различные препятствия, или стены.

В отличие от технологии IrDA, Bluetooth допускает не только передачи типа "точка - точка", но и многоточечные. До 8-ми расположенных рядом устройств могут образовывать беспроводные пикосети Piconet, которые в свою очередь объединяются между собой в сеть Scatternet. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802. Для удовлетворения различных требований по дальности, энергопотреблению и возможной интерференции определены 3 класса излучаемой мощности Bluetooth - модулей.

Краткие спецификации Bluetooth показаны в приведенной ниже таблице.

Краткие спецификации Bluetooth

Голубые кристаллы от Philips

Такой гигант как Philips не мог стоять в стороне от столь революционной технологии, и подписал с компанией Ericsson соглашение о сотрудничестве. По этому соглашению Ericsson (как один из основателей Bluetooth) предоставил Philips ядро BT и другую техническую информацию по этому стандарту. Philips же воплотил это в реальные BT - чипсеты. Надо заметить, что Philips первым выпустил на рынок законченный BT чипсет по спецификации 1.0, и уже предлагает решения второго поколения Bluetooth соответствующие спецификации 1.1, основанные на усовершенствованной модификации EBC (Ericsson Bluetooth Core), получившей название PBC (Philips Bluetooth Core).

Развитие BT чипсетов Philips можно проследить по рисунку 1.

Рис. 1. Развитие Bluetooth чипсетов Philips

Прототип BT - чипсета состоял из Ericsson'овского трансивера PBA31301 работающего совместно с Baseband - контроллером VWS26002 через интерфейс, разработанный Ericsson.

BT - чипсет первого поколения отличался от прототипа тем, что в его радиочастотной части использовался разработанный уже Philips'ом трансивер UAA3558. Правда, при этом пришлось использовать дополнительную интерфейсную микросхему VW26100.

Чипсет второго поколения состоит из более совершенного Baseband - контроллера PCF877750 (который также называется BlueBerry) и трансивера UAA3558. PCF87750 включает в себя экономичный RISK - процессор ARM7, а ядро PBC делает контроллер самым гибким и функционально развитым на рынке. Кроме этого, контроллер BlueBerry содержит многие блоки, зачастую отсутствующие в подобных устройствах (высококачественные речевые кодеки, память программ, данных, и др.), обладает богатым выбором интерфейсов (I²C, USB, UART, SPI). Все вышесказанное делает его идеальным решением для самого широкого круга приложений - компьютерных, бытовых и радиотелефонных.

Структура Baseband - контроллера PCF87750 (BlueBerry)

Совместно с PCF87750 используется однокристальный трансивер UAA3558, которые выполнен на основе DECT RF - чипа Philips.

UAA3558 построен по схеме с низкой ПЧ (N-ZIF), интегрированным балансным малошумящим усилителем и симметричным ГУН'ом, выполнен в корпусе LQFP32 или VQFN32 и является одним из наиболее компактных на рынке (5х5 мм). Этот трансивер имеет выходную мощность 2,5мВт (класс 2 по спецификации BT), но возможно также использование этого трансивера с дополнительным усилителем мощности UAA3591 (при этом выходная мощность составит 100мВт, - что соответствует классу 1 по спецификации BT).

При этом трансивер не требует настроек, внешних фильтров и управляется по трехпроводной шине.

Трансивер UAA3558 на печатной плате

На базе этого трансивера Philips разработал интегрированный радиомодуль второго поколения TrueBlue BGB100, включающий в себя все цепи обрамления: каскады согласования, входной фильтр, антенный переключатель, а также интерфейс с Baseband - контроллером. Для работы с контроллерами более ранней версии (VWS2600x) специально разработан модуль TrueBlue BGB110. Таким образом, Philips предоставляет разработчикам большую свободу выбора: либо воспользоваться готовым вариантом (PCF87750 + BGB100), либо использовать пару PCF87750 + UAA3558, при этом получив свободу схемотехнического решения. Причем, первый вариант (Plug & Play) предельно прост и не требует больших затрат: Вы просто берете нужные чипы, разводите под них плату - и Bluetooth модуль готов!

Возможные варианты компоновки Bluetooth - модуля

В настоящее время Philips занимается разработкой BT модулей третьего поколения, которые будут выполняться в одном кристалле. Как ожидается, третье поколение будет строиться по схемам "трансивер + Broadband контроллер в едином корпусе" и "трансивер + контроллер соединений, в едином корпусе".

Схема построения Bluetooth - модулей третьего поколения

Средства разработки и программное обеспечение

Следует заметить, что без соответствующего программного обеспечения Bluetooth - контроллер будет выглядеть, как компьютер без операционной системы: включить его можно, - но работать он не будет. А поскольку применения BT весьма разнообразны, то и программное обеспечение должно разрабатываться для каждого конкретного случая. Для создания и отладки BT - устройств, Philips выпустил специальный набор разработчика Bluetooth - приложений (BByK - Blueberry Developers Kit for Bluetooth applications).

При создании этого набора Philips применил оригинальное техническое решение - он разделил набор на два основных компонента: материнская плата, содержащая в себе коммуникационные интерфейсы, элементы контроля и управления, а также разъемы для подключения дочерних плат, и дочерние платы, несущие на себе RF модуль или Baseband - контроллер. Таким образом, не меняя материнской платы, разработчики смогут без существенных затрат испытывать различные комбинации контроллеров и трансиверов, а в будущем переходить на новые типы BT - компонентов Philips.

Доступны два типа наборов разработчика Bluetooth - устройств: BByK-F (Full - полный) и BbyK-D (Demo - демонстрационный). Каждый набор содержит в себе по 2 материнских платы, кабели для связи с компьютером, источники питания, телефонную гарнитуру, комплект дочерних модулей (который зависит от типа набора) а также CD-ROM с документацией и программным обеспечением. В полном наборе (BByK-F) в комплект поставки входят 3 дочерних платы с различными модификациями Baseband - контроллера (TB208, TB208E, TB81) и 2 варианта исполнения трансивера (на чипах UAA3558 и BGB100), а в демонстрационном - (два одинаковых модуля TB81).

В демонстрационный набор, также как и в полный, входят два варианта трансивера.

Материнская плата из набора разработчика Blueberry Developers Kit

На компакт -диске, входящем в комплект поставки, помимо документации находится 2 пакета программ: загрузчик BlueStar для программирования внутренней flash-памяти контроллера, а также дополнительной flash-памяти, и программа тестирования BlueBird для проверки работоспособности устройства в целом. Причем второй пакет программ позволяет также проверить качество BT соединения.

Структура тестирования Bluetooth - устройства

Программное обеспечение, входящее в комплект разработчика

Взгляд в будущее

Bluetooth еще очень молодой стандарт и в настоящее время он интенсивно развивается. Его стремительное развитие во многом обязано сотрудничеству разработчиков: так, например, Philips заключил стратегический союз с компанией Stonestreet One (одним из пионеров в области применения BT-решений) с целью продвижения Bluetooth - технологии на рынок. При этом Philips предоставляет свои BT - чипы, а Stonestreet One - программное обеспечение для разработки и тестирования. В результате этого союза, Stonestreet One выпустила свой набор разработчика BT на основе Philips'овских компонентов PCF87750 и BGB100. Как еще один из примеров сотрудничества можно привести совместные разработки Philips и компании Allgon Mobile Communications (одного из мировых лидеров в производстве антенн для сотовых телефонов) направленные на интегрирование антенны и антенных цепей в BT радиомодуль BGB100. В результате этих разработок снизится цена модуля, упростится разработка Bluetooth - устройства и, как результат, ускорится его продвижение на рынок. И подобных примеров можно привести еще великое множество. Так что, можно смело сделать предположение, что устройства Bluetooth ожидает большое будущее.