王又可，冀保峰

(河南科技大學信息工程學院，河南 洛陽 471023)

0 引言

藍牙技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，使得現(xiàn)代一些易攜帶的移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上網(wǎng)，支持各種移動設(shè)備相互進行短距離無線通信。利用藍牙技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與Internet之間的通信，從而使現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。

近幾年來，隨著電子行業(yè)的發(fā)展，藍牙技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，其具有低廉的成本，容量大，距離較短的特點，并且通過藍牙技術(shù)實現(xiàn)信息的交流和設(shè)備控制，現(xiàn)在許多電子設(shè)備都采用了藍牙技術(shù)，它不單單嵌入于電腦，手機，MP3等電子產(chǎn)品，還應(yīng)用于音響，耳機，鼠標，鍵盤等許多小型電子設(shè)備中，尤其是鼠標和鍵盤近幾年應(yīng)用非常廣泛，所以市場需求也是很龐大的?，F(xiàn)在我們使用的眾多電子設(shè)備都是采用無線傳輸通信的，擁有自己獨特的優(yōu)勢，并且以這種優(yōu)勢生存了下來，并得到了相應(yīng)的發(fā)展。

藍牙音箱具有獨特的優(yōu)點：安全性相對較好，設(shè)備受干擾相對較低；應(yīng)用廣泛，系統(tǒng)使用操作簡便[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)

本課題在設(shè)計時選用了XS3868M-S這一藍牙立體聲音頻模塊，其內(nèi)部主控芯片為OVC386立體聲藍牙模塊模組，選用PAM8403芯片作為本設(shè)計電路的功率放大器。XS3868M-S是一個集成度非常高，成本低廉，功耗較低的藍牙模塊，選取PAM8403芯片主要原因是它具有較低的諧波失真影響，噪聲串擾比較少。由PAM8403芯片的外圍電路共同連接成的藍牙音箱設(shè)計電路，設(shè)計原理圖，根據(jù)電路圖進行PCB設(shè)計，再通過合理的布局，布線，調(diào)試，測試等過程，最終制成藍牙音箱成品。通過藍牙模塊與手機連接成功就可播放手機上面的音樂，從而實現(xiàn)藍牙音箱成功放大信號，播放音樂的功能[2]。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

2 相關(guān)理論分析

2.1 主要芯片參數(shù)指標

2.1.1 OVC3860藍牙主控芯片

本項目需要在音箱中安裝藍牙模塊，才能實現(xiàn)藍牙功能。項目使用了XS3868藍牙立體聲音頻模塊，其主控芯片為OVC3860立體聲藍牙模塊模組。OVC3860原理圖如圖2所示。OVC3860模塊是深圳博陸科電子專為藍牙音箱產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的高質(zhì)量藍牙音頻模塊。其具有集成度高、體積小、音質(zhì)好、性價比高等特點，只需配備少許的外圍元件就能實現(xiàn)其強大功能。

圖2 藍牙主控芯片原理圖

2.1.2 PAM8403功放芯片

功放芯片采用PAM8403功放芯片。PAM8403是一顆輸出功率為3 W的D類音頻功率放大器IC，它具有諧波失真低，噪聲串擾小的特點，使其聲音重放時可以有較好的音質(zhì)。采用新型無耦合輸出及無低通濾波電路架構(gòu)，使其可直接驅(qū)動喇叭降低整個方案成本及PCB空間的占用[3]。在相同的外圍元器件個數(shù)下，D類功放IC，PAM8403芯片比甲類功放的效率要好得多，這樣就延長了電池的續(xù)航力，是便攜式設(shè)備(如筆記本電腦等)的理想選擇。

2.1.3 MP2617A電源芯片

本項目采用電壓轉(zhuǎn)換芯片將USB的5 V輸入電壓降到3.3 V給藍牙模組電路進行供電；其次是鋰電池供電，采用MP2617A電源芯片作為本設(shè)計的芯片。由于電池的輸出電壓為3.8 V，需要升壓芯片將電池的3.8 V電壓升到5 V，完成電源部分。降壓芯片LP3986原理如圖3所示。

圖3 LP3986芯片原理圖

MP2617是一個智能電池管理芯片，內(nèi)置一個Buck同步降壓電路，所以設(shè)計時外部省掉一個續(xù)流二極管。MP2617輸出時優(yōu)先滿足負載的電流需要，然后額外的電流可以對鋰電池進行充電。如果負載的電流需求過大，MP2617會切換內(nèi)部MOS開關(guān)，使得鋰電池可以給負載補充電流，以滿足負載電流需求。

2.2 外圍電路分析

2.2.1 按鍵輸入電路

按鍵電路主要是通過按壓改變電平的高低來觸發(fā)相對應(yīng)的中斷機制，從而實現(xiàn)所需的功能。用戶按下按鍵時，系統(tǒng)會將檢測到的電壓值傳送給MCU。MCU會通過該值判斷用戶按下的是哪個鍵，從而執(zhí)行與之相對應(yīng)的操作，如圖4所示。

圖4 按鍵輸入電路

2.2.2 USB輸入接口

給藍牙音箱充電需要用到USB接口，電路如圖5所示。

圖5 USB輸入接口電路

3 電氣性能測試

3.1 功率測試

當音量調(diào)到最大，頻率選擇1 kHz，輸入電平最大時候的輸出功率，此音箱的最大額定輸出功率為3 W。

3.2 失真測試

該音箱當輸出功率為1 W，音量調(diào)到最大時刻的失真度，此時的失真度為0.8%，沒有超過1%。一般情況下功率失真度在1%-10%之間，此時的1%失真表明了此次設(shè)計的音箱的電氣性能是合格的。

3.3 藍牙天線測試

回波損耗：小于-10 dB；匹配阻抗：接近50 Ω；駐波比：駐波比實際是反射波和入射波在饋線上形成的，駐波比值為1到無窮大，理想情況下是1，表示完全匹配。駐波比越小表示匹配越好，無窮大表示全反射，一般駐波比要求小于2。

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1 原理圖設(shè)計

根據(jù)對各模塊需求的了解設(shè)計電路，在Altium Designer軟件中先確定版圖大小，再根據(jù)各模塊的電路原理圖進行設(shè)計，最后得出一個高性能的電路圖[4]。

4.2 PCB圖設(shè)計與調(diào)整

根據(jù)電路圖進行PCB的布局與布線，接著再檢查后稍作調(diào)整，最后對使用到的元器件進行封裝或自行設(shè)計。布線時必須注意不能用直角，要保證電路板的電氣性能，防止高頻信號對電路產(chǎn)生輻射影響。

4.3 元器件焊接調(diào)試

將打好的板子對照PCB圖進行電路元器件焊接，之后進行簡單的性能測試。焊接時必須注意不能將正負極焊反，必須保證沒有虛焊，以保證完整實現(xiàn)系統(tǒng)功能。簡單用萬用表檢查電路是否導(dǎo)通，連接藍牙看是否能實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

5 實際功能測試

完成上述步驟后，經(jīng)實際測試，音箱可以實現(xiàn)配對藍牙、播放音樂等功能，并且具有連接速度快、音質(zhì)清脆等特點。說明本系統(tǒng)研究藍牙音箱可以成功實現(xiàn)其功能。

6 結(jié)語

本項目主要內(nèi)容是在了解藍牙技術(shù)之后，基于高集成、成本低廉、功耗低的XS3868M-S藍牙立體音頻模塊設(shè)計出具有藍牙功能的音箱。音箱可以通過藍牙與移動設(shè)備連接，從而實現(xiàn)信號的放大。