藍牙規范的第一個正式版本1.0版已于1999年7月發布，之后許多廠商都推出了支持藍牙產品的高性價比集成電路芯片。隨著藍牙產品越來越普及，制造商需要以較低的成本完成大量測試工作。本文針對藍牙射頻前端收發器，著重介紹藍牙技術規范中定義的各類測試參數。

今天的電子工程師幾乎沒有人沒聽說過“藍牙”的概念，這個詞出自公元10世紀丹麥國王Harald Blaatand，他為了聯系他的臣民曾在挪威和丹麥建立了一個通信系統。開發藍牙技術是為了使個人數字助理(PDA)、移動電話外設及其它移動計算設備不必使用昂貴的專用線纜就可以進行通信，正因為此，藍牙又被稱作“個人區域網絡(PAN)”。對藍牙產品來說，最基本的要求是低價格、高可靠性、低能耗和有限工作范圍。

最初藍牙定義為采用全球適用的2.4GHz ISM頻段進行短距離通信(10至15米)，不過最近芯片制造商的不斷提高使藍牙技術遠遠超出當初的設計水平，一些OEM制造商希望能在20到30米辦公室環境和100米開放環境下使用藍牙技術，他們期待將藍牙作為網絡連接技術，使筆記本電腦用戶通過無線接入點進入到局域網中。

藍牙技術由4個主要部分組成，分別是應用軟件、藍牙棧、硬件和天線，本文針對硬件和射頻前端收發器，重點介紹藍牙技術規范中定義的各類測試參數。

藍牙收發器

對集成RF收發器的測試要求可以典型的RF藍牙原理框圖(圖1)來說明。

◆藍牙發射器藍牙無線信號采用高斯頻移鍵控(GFSK)方式調制，發射數據(Tx)通過高斯濾波器濾波后，用濾波器的輸出對VCO頻率進行調制。根據串行輸入數據流邏輯電平，VCO頻率會從其中心頻率向正負兩端偏離，偏移量決定了發射器的調制指數，調制的信號經放大后由天線發射出去。

藍牙無線信號在半雙工模式下工作，用一個RF多路復用開關(位于天線前)將天線連接到發射或接收模式。

◆藍牙接收器與設備接收部分相似，從另一個藍牙設備發射來的GFSK信號也是由天線接收的。在這期間，開關與低噪聲放大器(LNA)相連，對接收到的信號(Rx)進行放大。下一級混頻器將接收信號下變換到IF頻率(一般為幾MHz)，進行該步驟時用于發射的PLL/VCO部分作為接收器下變頻本機振蕩器使用，將IF信號解調并恢復出數據。

擴展頻譜

藍牙無線通信的一個獨特之處就是它使用了擴頻技術，該技術原來是為軍事應用開發的，因為軍事應用中無線數據傳送必須安全可靠。傳統意義上的窄帶應用要消耗更多功率，在一個頻率上停留的時間很長，因此頻譜很容易被檢測到；而將發射器功率分配(擴展)到更大的帶寬上之后，此時信號看起來更像隨機噪聲，這相當于犧牲帶寬效率來換取可靠性和安全性。由于功率密度較低，這些系統對其它信號接收器干擾小，而且即便存在信號丟失頻段，數據也可以在其它頻率恢復，從而增強了對干擾和噪聲的抵抗能力。兩種最主要的擴頻形式是跳頻(FHSS)和直接序列(DSSS)，用原始數據對載波進行調制并使用與每個鏈路端點跳頻代碼一致的頻率范圍發射時(圖2)使用FHSS系統。采用這種方式后，由于某個頻率干擾而丟失的數據可以通過另一個頻率發射，FHSS中的擴展代碼生成器直接用GFSK調制技術對載波頻率進行調制。

GFSK調制

GFSK是一項調制技術，它在一個比特持續時間內由數據線性修改載波周期部分載波頻率，頻率變換速率是數據率的函數，頻率變換大小是數據幅值的函數，它們之間的相互關系以調制指數β來表示。

FSK信號調制指數β由下面公式計算：

β=2Δf/fi

此處fi是以赫茲表示的數據頻率(對藍牙來說典型值為1MHz)，Δf是載波的頻偏。

如果選擇140kHz作為藍牙載波頻偏，那么：

β=2Δf/fi=280kHz/1MHz=0.28且

FFSK=Acos(2πfc(t)+0.28π∫m(t)dt)

這里A是數字數據的振幅，m(t)是持續一個比特時間且直流電平為±1的數字數據。

可以用靈敏度為140kHz/V的壓控振蕩器作為FSK調制器，其β=0.28，通常要讓輸入數據流經過限制器以確保電路頻差為140kHz。

載波頻偏(發射模式)取決于輸入數據流的振幅，反過來也一樣成立，解調后載波的數據振幅是載波偏差(接收模式)的函數，這一點對系統誤碼率(BER)是很重要的。

BER是每個發射比特相對于每比特所包含噪聲功率的函數，它們之間關系用Eb/No表示，即每個比特的功率噪聲比。可通過減少接收器噪聲或提高發射功率來改善Eb/No，也可提高每個發射比特的功率改善Eb/No。提高載波頻偏能增加每個發射比特的功率，從而提高Eb/No并降低比特出錯率；但其負面影響是提高頻偏會導致增加頻寬，降低系統的信道數量。

有效的通信要求有一個最小誤碼率，藍牙技術指標規定為在72dBm時BER為0.1%，即每1,000比特的數據流中有1個錯誤。一致性規范要求測得的靈敏度(作為BER)在三個頻率上超過160萬比特，由于該項測試使用標準單隙(DH1)數據包進行，至少需要25秒，所以為節約時間，實際應用中即使頻率數量減少，也只測量較少比特數。

藍牙收發器測試規范

藍牙標準對RF載波調制數據要求規定如下：

·調制方式： 高斯頻移鍵控(GFSK) ·高斯濾波器： 0.5 ·輸出功率： 0dBm和+20dBm ·數據速率： 1Mb/s ·信道帶寬： 1MHz ·頻偏(Δf)： 140kHz～175kHz(調制指數0.28～0.35) ·誤碼率(BER)靈敏度：0.1% @ -72dBm

藍牙定義將1mW或0dBm作為標稱系統，發射功率峰值不超過20dBm，這樣設計是為了進行短程操作且不會干擾其它無線系統，在1MHz帶寬(載波間隔為1MHz)使用高斯過濾頻移鍵控(GFSK)調制。美國和歐洲(法國與西班牙除外)有79個1MHz信道，法國、西班牙和日本在2.4GHz范圍僅有23個1MHz信道。