设计剖析：面向音乐手机的蓝牙耳机套件

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如今在路上很容易见到头上戴着耳机、似乎在自言自语的人，但蓝牙耳机的普及程度仍不算很高，至少现在如此。这里所说的耳机套件(相对于一个耳机)，是指将音频同时送到人的双耳并带立体声音效的设备。目前这种耳机不够普及的原因之一是缺少具有蓝牙功能的音频播放设备。然而，如今市场上出现了许多MP3播放与手机的融合产品，而市场正需要这样的产品。零售价为89.95美元的Bluetake iPhono mini(BT450Rx)就应运而出了。
        Bluetake公司的iPhono mini耳机套件大小在耳塞和全尺寸耳机之间，由一对适配双耳并由导线(显然不是用来连接音频播放器)相连的扬声器组成。这副耳机的另外一个优势是还具有麦克风功能。因此，当耳机与具有MP3功能的手机相连时，如果有电话进来，用户只需简单地切换到“通话”模式，不会丢失一个音符。
        相对这副耳机的价格和舒适性来说，它的声音质量还是可以接受的。然而，我不得不承认将它们连到音源花了我不少的时间，软件不是最好用的那种。
单芯片内集成了RF和基带
        除了终端用户问题外，Bluetake的设计还是相当简单和优秀的。元件数量很少，这在很大程度上要归功于RFMD蓝牙控制器芯片的使用。由于这个耳机是第二代产品，设计师已经经受和解决了最初设计中遇到的一些问题。特别是麦克风很好地隐藏在这个工业化的设计中，这是很有挑战性的，因为麦克风的位置与扬声器只有10mm的距离。
        大小为6×6mm的蓝牙控制器SIW3500GIG1最早是由SiliconWave公司开发的，后来该公司被RFMD收购了。该芯片是一个集完整的蓝牙射频和基带功能于一身的器件。采用0.18微米工艺的这款射频芯片符合蓝牙2.0标准，内置一个嵌入式ARM内核和嵌入式ROM和RAM。

图：iPhono mini使用了RFMD公司的蓝牙控制器

        SIW3500GIG1可以处理包含人机界面在内所有上层和下层堆栈的蓝牙交互指令；还可运行免提算法，包括音频/视频遥控和高级音频分配(A2DP)协议规范。另外还有一个来自AMIS公司的辅助芯片Bela-Signa200。该芯片采用MLF封装，提供A2DP规范要求的子频段编解码器解码功能，还能运行某些音频增强算法。
与存储器之间的通信
        耳机的蓝牙控制器需要与外接的SST公司4Mb闪存器件通信。该存储器主要存储上层堆栈和协议。几乎任何通用闪存器件都可能被用过。“我们必须挨个支持各种闪存，因为许多闪存具有不同的扇区大小和写入擦除要求。”RFMD公司无线个人区域网络部总经理Dave Favreau说，“任何时间只要一有新的闪存上市，我们就会研究是否已经支持这种闪存，如果还不支持，我们还需要做哪些工作。”
        之所以选择SST闪存，是因为它是少数几种支持1.8V电压的器件。1.8V器件有助于减少整个系统的功耗。iPhono mini耳机还使用了RFMD公司的嵌入式线性降压稳压器。Bluetake设计师本来还想让系统可以工作在外部开关电源模式以节省更多的功耗，但基于成本的考虑最终放弃了这种做法。
功耗与灵活性
        RFMD蓝牙器件目前仍在继续发货，但很快会被该公司新开发的扩展数据率器件-0.13微米的RF4020所代替。RF4020现在还在出样阶段，不久将进行批量生产。
        RFMD设计师称，他们的蓝牙射频具有最低的电流消耗和最大的灵活性。灵活性来自于公司向第三方开发人员开放源码和应用代码(不管是应用层还是协议层)的事实，因此允许那些开发人员通过修改来增加他们自己的价值。
        “我们提供并交付了一些音频增强算法，但有些用户拥有他们认为更好的独特音频增强算法。”Favreau表示，“虽然我们提供了免费的算法，但他们认为他们自己的音频算法有更好的附加值或差异化特性。”
        当耳机在大部分时间所处的页面扫描(待机)模式下，射频部分的电流只有1mA以下。在音乐流模式下，当用户确实在聆听来自音源的流式音乐数据时，电流将上升到约42mA。在HV3(通话)模式下，由于只是从耳机获取纯声音数据，电流约为32mA。
        Bluetake在开始耳机设计时基本遵循了RFMD公司经蓝牙认证的参考设计。所做的关键修改是为了尽可能符合独特的工业设计封装。Bluetake最后还将设计送给RFMD进行审查，以确保RFMD处于推荐的规范之内。审查完后设计也就完成了。
        虽然满足参考设计指南通常是个好的做法，但也不经常是。设计师最容易出偏差的地方是天线的放置。这也是对性能有巨大影响的区域。例如，如果片状天线放得太靠近接地金属面，肯定会影响幅射图案。不幸的是，有时必须做出牺牲以便产品适合体积越来越小的耳机。
        iPhono mini是真正突破体积极限的优秀设计范例。其片状天线(顶部有个点的蓝色部件)位于接地金属面的5到7mm范围内。大多数有经验的设计师都认为这一距离太近了。此外，iPhono mini的设计表明节省成本放在了开发人员考虑的优先级列表的首位。
本文小结
        耳机正像定义的那样需要将立体声音频送到双耳。蓝牙耳机普及性较低是因为缺少具有蓝牙功能的音频播放器。随着融合MP3手机的上市，Bluetake公司适时推出了iPhono mini(BT450Rx)耳机产品。
        Bluetake的iPhono mini耳机尺寸位于耳塞和全尺寸耳机之间，由适配双耳并由导线相连的一对扬声器组成。作为附加优势，iPhono还装备有麦克风，因此在与蜂窝电话相连时，它可以被简单地切换到“通话”模式，不会丢失一个音符。相对iPhono mini的价格(89.95美元)和舒适性来讲，其声音质量是可以让人接受的。
作者：Richard Nass
总编辑
Embedded Systems Design