1. 驅動芯片IW1706-00介紹

TI CC2540芯片介紹

CC2540是一款低成本，低功耗，采用system-on-chip(SOC)技術的藍牙芯片。它的藍牙主從節點建立只需花費非常低的總材料成本。CC2540的內核是一款行業標準內優良的射頻收發器的增強型單片機8051，其系統編程閃存為8KB，同時支持許多其他強大的功能和外設。CC2540使整個系統可以在低功耗下正常運行，在此基礎上還有極低功耗的休眠狀態可選擇。CC2540還具有極短的啟動時間且在傳輸完數據后能迅速地關閉，這也使得整個系統功耗更低。CC2540有兩個不同的版本cc2540f128/f256，區別在于128和256 KB閃存。圖12為其內部原理圖。

       圖12 CC2540內部原理圖

芯片示意圖及管腳說明

圖13 CC2540管腳示意圖

表5 CC2540管腳說明

特性介紹

工作電壓: 2.0 — 3.6V ;

I/O口控制電平: 0 — VCC z;

工作頻段: 2400 — 2483.5 MHz

發射功率: ≥ 3 dBm

低功耗:低接收電流、發射電流，極低的睡眠電流

便于操作， 安全規范，支持 AES 安全加密和 24-bit CRC 校驗

傳輸可靠，支持自適應跳頻技術

兼容2.4GHz 藍牙低功耗的RF收發器;

只需一個晶體，即可滿足組網需要;

內置IEEE 802.15.4媒體存取控制(MAC)定時器，通用的16位和2個8位定時器，紅外發生電路各一個及支持多種串行通信協議的USART兩個;

輸入8～14位ADC8路及通用I/O引腳21個，其中2個支持20mA輸入輸出;

內置電池監視器和溫度傳感器;

極高的接收靈敏度(-97dBm)和抗干擾性能;

強大的DMA功能;

硬件支持避免沖突的載波偵聽多路存取(CSMA-CA);

支持數字化的接收信號強度指示器/鏈路質量指示(RSSI/LQI);

電流消耗小(當微控制器內核運行在32MHz時，RX為19.6mA，TX為24mA);

外圍電路簡單;

處于工作模式1時電流為0.2mA，喚醒系統僅需530us，處于工作模式2時電流為1uA并睡眠定時器;處于工作模式3時電流為0.4uA，外部中斷喚醒;

8 KB SRAM及128/256 KB Flash存儲器具備在各種供電方式下的數據保持能力;

高級加密標準(AES)協處理器;

帶看門狗，支持硬件調試;

小尺寸QLP-40封裝，6mm×6mm

應用廣范，全面支持GAP、ATT/GATT、L2CAP等低功耗藍牙的主機和控制協議，支持 HIDS、 ANP、BAS、FMP、HRT等藍牙聯盟規范發布的低功耗藍牙應用Profile。可定制產品功能。

主電路設計介紹

本次設計中的藍牙控制模塊是基于德州儀器公司(TI)的CC2540芯片開發的一款低功耗藍牙射頻控制模塊，是一款可應用各種短距離物聯網無線通信應用的無線射頻收發器。此模塊具有功耗低、體積小、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點。模塊帶有外擴天線接口和板載天線，在實際應用中可以選擇其一進行使用，當選擇外擴天線接口時，可根據用戶實際需要,選擇相應天線;模塊采用郵票型接口形式,端口完全對外開放，客戶使用時在免去射頻硬件設計難度的同時，在軟件和產品結構上具有更靈活的二次開發空間。該產品特別適合運用于基于藍牙4.0中低功耗藍牙的消費類電子產品，能提高操作的可靠性;提高信號的傳輸距離和抗干擾性;使信號傳遞不受障礙物影響;還能實現解決不同電 子產品間的互操作問題，電池壽命也可顯著延長。可廣泛應用于：2.4Ghz低功耗藍牙系統;PC、平板、手表等低功耗外圍設備(HID設備、遙控器等);運動、休閑、醫療設備等消費類電子產品;智能儀表、數據采集等無線物聯傳感器網絡。

整個藍牙模塊是圍繞CC2540芯片為核心進行設計的一套最小系統外圍電路。電路中包括時鐘電路、通信接口電路及電源電路等。模塊中需要設計兩個時鐘電路，兩個時鐘電路都需外接，其中一個用兩個電容和一個工作頻率為32MHz的石英晶振實現，晶體整蕩器的兩腳分別與芯片管腳22和23相連，另一個則需接一個工作頻率為32.768KHz的石英晶振和兩個電容來實現，晶體整蕩器的兩腳分別于芯片管腳33和32相連。濾波電容離芯片的模擬電源管腳與數字電源管越近濾波效果越好。芯片內置有一個1.8V穩壓器來為其他所需工作電路提供穩定的電壓。但這個穩壓器需連接一個去耦電容以提高電源工作時的穩定性，在電路設計中只需在CC2540芯片管腳40接一個1uF的電容便可實現。所有P0、P1、P2口信號管腳、電源信號管腳以及復位信號管腳通過雙列排針接口與藍牙擴展節點板板相連。

當CC2540芯片在接收信號的工作狀態時，輸入信號進入芯片自帶的低噪放大器(LNA);當CC2540芯片在發射信號的工作狀態時，輸出信號則通過功率放大器(PA)來發出，此時管腳25的極性為正，管腳26的極性為負。由于本設計所采用的設計是不平衡天線設計，設計時使用的印制倒F天線技術是基于單級子天線技術開發出來的，不屬于偶極子天線，所以必須使用巴倫阻抗匹配電路來進行射頻收發信號的阻抗匹配以達到讓射頻信號實現最佳傳輸的目的。

在設計阻抗匹配網絡電路時，有四種主流方案可用于用于阻抗匹配網絡電路設計以實現從射頻信號在通信時的高效傳輸，具體方案如下：

1 利用傳輸線的阻抗分布特性構成分布參數網絡來實現阻抗匹配。該方案匹配電路簡單，設計所需硬件資源少，但是對射頻電路加工精度有較高要求

2 用阻抗匹配芯片實現，此種情況下由于復雜的電路可以用一個匹配芯片代替，從而設計方便、電路集成度高。但是采用此方案需要購買專用阻抗匹配芯片，使模塊成本預算增高。

3 變壓器阻抗匹配法

4 采用由電抗元件電容C、電阻R以及電感L等分立元件組合成的L型匹配網絡、T型匹配網絡、Ⅱ型匹配網絡進行阻抗匹配。這種設計方案采用的是簡單的射頻阻抗元件，具有外圍元器件少，電路體積小，成本低和系統設計方案靈活的特點。

藍牙模塊電磁兼容性設計

藍牙模塊進行PCB布線設計時要注意以下幾個方面以提高模塊的電磁兼容性：1電源信號線的線寬應該選取適當，電源信號線應串接一個合適參數的磁珠，這樣可以濾除電源信號的高頻部分信號，再與信號電源管腳相連，然后電源引腳就近接適當參數的電容進行濾波，這樣就可以減少高頻信號對電源信號的干擾;2數字信號和模擬信號應該分開設計，避免這兩種信號的相互干擾。3上下層的覆銅孤島以及開放區要添加過孔，芯片底部添加適量過孔，使整個模塊能夠充分接地同時保證芯片工作時能有效散熱;4電路中傳輸線的寬度應根據介質板材料參數和傳輸線結構參數進行嚴格的阻抗計算，以保證傳輸線阻抗精確。

藍牙模塊天線小型化設計

由于所設計的藍牙模塊的尺寸限制，以及對模塊的小型化要求，本設計采用小型化的印制倒F型天線作為藍牙模塊的射頻天線，該印制天線可以繼承在藍牙模塊的電路板上，與傳統藍牙模塊外界單極鞭狀天線相比極大的縮減模塊空間，并且該天線具有，低剖面、小型化、零成本的優勢。

在相同頻率時，印制倒F天線與其他傳統單極子天線相比在天線尺寸縮減上有一定優勢。選擇適當的尺寸，就可以降低天線的諧振頻率，諧振頻率降低但天線總尺寸不變，從而等效于減小了天線的尺寸，實現了小型化。

圖 藍牙射頻模塊電路原理圖

結論

藍牙4.0的出現給實現智能家居小型化提供了一個可發展的未來，其低功耗，低成本，小體積及傳輸速率高的特點都符合小型化的發展方向，而在室內使用與進行控制恰恰彌補了其傳輸距離短的缺陷，綜上所述，我們有理由相信藍牙4.0會在智能家居市場有著一個更長遠的發展。

參考文獻：

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[2] 朱旗，付侃，李琰. 利用等效模型分析倒F天線[J] . 中國科學技術大學學報，2005，35(2)：143-148