CN107454555B - 锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统。该方法包括：接收来自蓝牙主设备的ID包，所述ID包包含前导码；根据所述ID包的前导码，计算载波频率偏移；通过所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差。该方法能够通过与蓝牙主设备建立连接时，由主设备发送的ID包来确定自身蓝牙时钟的偏移情况，并据此自适应的调整锁相环参数。应用上述锁相环参数调整方法的蓝牙模组以及蓝牙设备，在不使用使用外部仪器测量由晶振产生的锁相环时钟时，也可以使用精度不满足20ppm要求的晶振(例如偏差值为100ppm)，降低晶振的成本。

Description

锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统
技术领域
本发明涉及蓝牙技术领域，特别是涉及一种锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统。
背景技术
在蓝牙通信中，对于设备的蓝牙时钟具有较高的精度要求，一般要求偏差值要符合20ppm。在蓝牙芯片或者蓝牙模组的时钟是由锁相环输出的固定频率的输出信号所提供的。而锁相环的参考时钟是由蓝牙芯片的晶振所决定的。因此，为了保证蓝牙时钟的精度能够满足20ppm的要求，在蓝牙芯片或者蓝牙模组上使用的晶振也需要满足20ppm的要求。
但是，偏差值小于20ppm的晶振的价格较高。在一些情况下，为了简省蓝牙芯片或者模组的成本，会使用精度较差的晶振，此时就需要在芯片量产过程中，调整锁相环的参数(锁相环类型为小数分频锁相环)从而满足对蓝牙时钟的精度要求。
在实现本发明过程中，发明人发现相关技术存在以下问题：在使用偏差值大于20ppm的晶振时，需要在芯片量产时测量由晶振产生的锁相环时钟，无法进行自适应调整，降低了生产的效率。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统，能够解决现有的蓝牙芯片使用偏差值较大的晶振时，需要在芯片量产过程中测量锁相环时钟的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种锁相环参数调整方法。所述方法包括：接收来自蓝牙主设备的ID包，所述ID包包含前导码；根据所述ID包的前导码，计算载波频率偏移；通过所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差。
可选地，所述根据所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差，具体包括：根据所述载波频率偏移调整所述锁相环的分频比；通过调整所述锁相环的分频比，补偿锁相环的参考时钟的偏差。
可选地，所述接收来自主设备的ID包，具体包括：接收ID包的调制信号；对所述ID包的调制信号进行解调。
可选地，所述对所述ID包的调制信号进行解调，具体包括：对ID包的同相信号和正交信号进行降采样，获得对应的降采样信号；将所述降采样信号进行频道选择滤波，获得对应的滤波信号；对所述滤波信号进行解相角函数处理后，求微分值。
可选地，所述通过所述前导码，计算载波频率偏移，具体包括：获取所述前导码的微分值；对所述前导码的微分值求平均，获得所述载波频率偏移。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种蓝牙模组。所述蓝牙模组包括：锁相环、锁相环调整单元以及蓝牙信号处理单元；所述锁相环用于提供系统时钟；所述蓝牙信号处理单元用于，接收来自主设备的ID包，所述ID包包含前导码；通过所述ID包的前导码，计算载波频率偏移；所述锁相环调整单元用于，根据所述载波频率偏移，校正所述锁相环的偏差。
可选地，所述蓝牙信号处理单元具体包括：射频电路和解调电路；所述射频电路用于接收ID包的调制信号；所述解调电路用于对所述ID包的调制信号进行解调。
可选地，所述解调电路具体包括：降采样电路、滤波器以及计算单元；所述降采样电路用于，对ID包的同相信号和正交信号进行降采样，获得对应的降采样信号；所述滤波器用于，将所述降采样信号进行频道选择滤波，获得对应的滤波信号；所述计算单元用于，对所述滤波信号进行解相角函数处理后，求微分值。
可选地，所述计算单元具体用于：获取所述前导码的微分值；以及对所述前导码的微分值求平均，获得所述载波频率偏移。
可选地，所述锁相环为分数锁相环。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种蓝牙从设备。所述蓝牙从设备包括：锁相环、晶振以及蓝牙模块。所述晶振用于向所述锁相环提供参考时钟，所述锁相环用于根据所述参考时钟，形成预定的输出频率；所述蓝牙模块应用如上所述的方法，校正所述输出频率的偏差。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种蓝牙系统，包括处于扫描状态的蓝牙主设备以及处于回应状态的蓝牙从设备。其中，所述蓝牙主设备广播ID包；所述蓝牙从设备接收所述ID包并返回应答数据包；所述蓝牙从设备还应用如权利要求上所述的方法，校正蓝牙从设备的锁相环的偏差。
可选地，所述蓝牙从设备包括射频电路以及解调电路；所述蓝牙主设备用于将所述ID包载荷在载波信号上，形成调制信号向外广播；
所述射频电路用于接收所述来自蓝牙主设备的调制信号；所述解调电路用于解调所述调制信号，并根据所述ID包的前导码计算所述蓝牙从设备与蓝牙主设备之间的载波频率偏移。
本发明实施例中提供的一种锁相环参数调整方法、蓝牙模组、蓝牙从设备以及蓝牙系统。该方法能够通过与蓝牙主设备建立连接时，由主设备发送的ID包来确定自身蓝牙时钟的偏移情况，并据此自适应的调整锁相环参数。应用上述锁相环参数调整方法的蓝牙模组以及蓝牙设备，在不使用使用外部仪器测量由晶振产生的锁相环时钟时，也可以使用精度不满足20ppm要求的晶振(例如偏差值为100ppm)，降低晶振的成本。另外，利用所述锁相环参数调整方法，可以优化晶振起震电路，PCB板，PLL的偏差，进一步提升蓝牙通讯质量。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的应用环境示意图；
图2为蓝牙主设备和蓝牙从设备的连接/同步的时序图；
图3为ID包的示意图；
图4为本发明实施例提供的蓝牙模组的结构框图；
图5为本发明实施例提供的解调电路的结构框图；
图6为本发明实施例提供的锁相环参数调整方法的方法流程图；
图7为本发明实施例提供的解调方法的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
蓝牙是一个点对点或者点对多点的拓扑结构，但是其之间的交互均基于一个物理信道。其中，点对多点可以共享一个物理信道。在基于同一个物理信道的微微网(piconet)中，硬件设备可以担任主设备(master)或者从设备(slave)的角色，具体的设备角色可以由设备任意选择，用以实现对应的控制功能(一个微微网中只能存在一个主设备)。当然，不同的微微网之间是可以存在交叉的，即一个微微网中的从设备可以作为另一个微微网中的主设备。
在蓝牙设备的发现和同步过程中，两个蓝牙设备之间的连接可以分为以下的几个状态，包括查询/查询扫描状态、寻呼/寻呼扫描状态以及连接状态。
其中，查询/查询扫描状态是蓝牙设备通过查询的方式来寻找周围的设备，查询设备每隔312.5微秒会选择一个新的频率来发送查询，被查询设备每隔1.28s选择一次新的监听频率。查询和被查询设备之间使用通用查询接入码(GIAC,General Inquiry AcessCode)LAP(Low Address Part)作为查询地址。按照蓝牙标准规定，所述通用查询接入码为0x9E8B33。
所述寻呼/寻呼扫描状态是在蓝牙设备已知需要连接的设备地址时，呼叫目标设备加入其微微网的状态。
图1为本发明实施例提供的应用环境。如图1所示，包括：用户10、第一蓝牙设备20以及第二蓝牙设备30。
用户10可以为任意数量的，具有相同或者相近操作行为的群体，例如家庭、工作组或者个人。用户10可以通过任何合适的类型的，一种或者多种用户交互设备与第一蓝牙设备20交互，例如鼠标、按键、遥控器、触摸屏、体感摄像头或者智能可穿戴设备，输入指令或者控制第一蓝牙设备20执行一种或者多种操作。
第一蓝牙设备20可以是任何类型的智能电子设备，例如智能手机、平板电脑、个人电脑、手提电脑或者其他终端设备。所述第一蓝牙设备20能够满足用户更高级的使用需求，是具有较高制作成本的电子设备。其系统时钟的精确度较高，是一个精确的系统时钟。
所述第一蓝牙设备20可以根据用户指令，作为主设备，进入到扫描/扫描查询状态，使用通用查询接入码产生同步字，并向外广播一系列的ID包用于查询。
所述第二蓝牙设备30作为蓝牙从设备，在扫描/扫描查询状态，监听来自所述第一蓝牙设备20的查询请求。当所述第二蓝牙设备30接收到正确的ID包后，会向第一蓝牙设备20回复一个FHS包。所述FHS包内包含有自身的设备信息，其中，所述第一蓝牙设备20和第二蓝牙设备30之间的数据包发送时序如图2所示。
在本发明实施例中，所述第二蓝牙设备30可以根据ID包内包含的信息，计算蓝牙主设备和蓝牙从设备之间的载波频率偏移，然后根据所述载波频率偏移，校正蓝牙从设备自身的锁相环的偏差。
如图3所示，为所述ID包的数据格式。所述ID包是一个只包含阶段的访问码的通用包，包括4bit的前导码(preamble)和64bit的同步字(SYNC WORD)。在ID包中，源自于24bit地址，在查询/查询扫描状态下，统一使用0x9E8B33)。
所述前导码是由随后的同步字的最低有效位(LSB)决定的，一个固定的4符号0-1模式。其用于协助进行DC补偿，序列是“0101”(当LSB为0时)或“1010”(当LSB为1时)。
在本实施例中，所述第二蓝牙设备30具体可以通过ID包内的前导码来计算第一蓝牙设备和第二蓝牙设备之间的载波频率偏差。
在此使用的“主设备”和“从设备”仅用以表示在微微网中硬件设备担任的角色。在实际运行过程中，设备角色可以根据实际需求进行转换，例如在经过偏差校正以后，所述第二蓝牙设备30也可以转换角色为主设备，作为其他需要进行锁相环偏差校正的蓝牙设备的时钟参考基础。
虽然在图1中仅显示了2个用户10、1个第一蓝牙设备20、1个第二蓝牙设备30。但本领域技术人员可以理解的是，在实际应用过程中，该应用环境还可以包括更多的用户10、第一蓝牙设备20以及第二蓝牙设备30。
所述第一蓝牙设备20和第二蓝牙设备30均是具有能够实现蓝牙通信功能的蓝牙模块或者模组的设备。在一些实施例中，所述蓝牙模块或者模组可以作为一个独立的集成电路芯片，在另一些实施例中，所述蓝牙模块或者模组也可以作为整合到一个完整的集成电路芯片中的其中一个功能模块。为陈述简便，以下以“蓝牙模组”表示能够实现蓝牙通信功能的集成电路。
图4为本发明实施例中蓝牙模组40的功能框图。在本实施例中，所述蓝牙模组40可以包括：锁相环(PLL)41、晶振42以及锁相环调整单元43以及蓝牙信号处理单元44。
其中，所述蓝牙信号处理单元44是用于接收和处理蓝牙射频信号的功能模块。所述蓝牙信号处理单元44通过对所述蓝牙射频信号进行一系列的信号处理过程后，输出加载在载波信号中的数据信息。
在本实施例中，所述蓝牙信号处理单元44可以通过来自蓝牙主设备的ID包中包含的前导码计算载波频率偏移并输出。
具体的，如图4所示，所述蓝牙信号处理单元44可以包括射频电路441和解调电路442。
所述射频电路441通过天线接收来自蓝牙主设备的射频信号，例如是加载了ID包的载波信号。然后，通过低噪声放大器(LNA)放大射频信号并且将射频信号转换为基带信号。最后通过模数转换器，将模拟信号转换为数字信号提供给解调电路442。
所述锁相环41与晶振42连接，以晶振42作为参考时钟，形成具有预定频率的输出信号，作为蓝牙模组40的时钟。在选用的晶振的偏差值不能满足蓝牙时钟的精度要求时，所述锁相环调整单元可以接受来自解调电路442的载波频率偏移，并据此调整锁相环41从而校正锁相环41的输出信号的频率偏移(CFO)，使其能够满足蓝牙时钟的精度要求。
在一些实施例中，如图5所示，所述射频电路442具体可以包括：降采样电路501、滤波器502以及计算单元503。所述计算单元503可以是任何合适的，具有对应运算能力的电子电路。
对于从所述射频电路441中输出的基带信号，其可以由同相信号(I)和正交信号(Q)两个相互垂直的分量表示。降采样电路501对这两路信号进行降采样，获得对应的降采样信号。
所述滤波器502用于对所述降采样信号进行频道选择滤波。在进行频道选择滤波后，两路信号输入到计算单元503中进行解相角函数。所述计算单元503在解相角函数完成以后，进行微分。
最后，对所述前导码(preamble)的微分值平均，即为载波频率偏移(CFO)。而所述计算单元503的微分值还可以输出至一个判决器504中，进行解码，获得对应二进制数据。
在本实施例中，所述锁相环41具体为分数锁相环，精度可以达到10Hz。但是锁相环的参考时钟是由晶振42所提供的。在晶振42具有偏差时，锁相环也有对应的偏差。所述锁相环调整单元43利用计算获得载波频率偏移CFO，对锁相环的分频比进行调整，从而对晶振42的偏差进行补偿，最终在选用100ppm的晶振时，仍可以确保频率偏差在±75KHz，锁相环提供的蓝牙时钟能够符合20ppm的精度要求。
由于所述蓝牙模组40利用接收到的ID包中的载波频率偏移信息进行锁相环偏差的自适应调整。因此，在本发明实施例中，所述蓝牙模组40可以使用精度较低，偏差值较大的晶振，起到降低生产成本的效果。而且，即时使用了精度较低的晶振，也不需要在量产时，使用外部仪器测量锁相环的输出信号频率。
图6为本发明实施例提供的，应用在所述蓝牙模组中的锁相环参数调整方法的方法流程图。如图6所示，所述方法包括：
601、接收来自蓝牙主设备的ID包，所述ID包包含前导码。
所述ID包是68bit的截短访问码，用在呼叫、询问和停泊等，包括一个4bit的前导码(preamble)以及64bit的同步字(SYNC WORD)。
602、根据所述ID包的前导码，计算载波频率偏移。
通过所述ID包的前导码，可以计算接收端和发射端两者之间的载波频率偏移。在蓝牙2.1的标准中，所述前导码是一个固定的4符号0-1模式，序列为1010或者0101，由同步字的最低有效位所决定。
603、通过所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差。
由于接收端和发射端两者的载波频率也是由设备本身的时钟所决定的。因此，当所述发射端(亦即蓝牙主设备)是一个可靠的时钟时，例如智能手机或者平板电脑，接收端可以根据自身与发射端之间的载波频率偏移来校正自己的锁相环偏差。
接收端的锁相环偏差通常是由提供参考时钟的晶振的偏差所导致的。在一些实施例中，具体可以采用根据所述载波频率偏移调整所述锁相环的分频比的方式来校正锁相环的偏差。
在本实施例中，在所述锁相环类型属于分数锁相环时，通过调整所述锁相环的分频比，可以补偿锁相环的参考时钟的偏差，从而校正锁相环的输出频率，满足蓝牙时钟的精度要求(20ppm)。
蓝牙通信是一个无线通信过程，信息加载在载波信号上(调制过程)，以射频信号的形式发送。接收端通过天线接收到调制信号后，需要经过一系列的信号处理，将射频信号转换为基带信号后进行解调，从载波信号中提取信息。
具体的，如图7所示，所述解调过程可以包括如下步骤：
701、对ID包的同相信号和正交信号进行降采样，获得对应的降采样信号。
对于任意的无线信号，都可以使用同相信号和正交信号两个相互垂直的分量进行表示。亦即，无线信号的振幅和相位可记录为二维空间上的一点，而这一点所代表的向量,在横轴和纵轴上的投影即为同相位分量I和90度相移分量Q。
702、将所述降采样信号进行频道选择滤波，获得对应的滤波信号。
703、对所述滤波信号进行解相角函数处理后，求微分值。在求得所述微分值以后，可以通过一个判决器，输出相应的二进制解码信号。
另外，对所述ID包中的前导码的微分值取平均后，即为所述载波频率偏移(CFO)。
在本发明实施例中，利用ID包中的载波频率偏移，以蓝牙主设备的时钟作为基准，调整自身的锁相环偏差。因此，在应用本发明实施例提供的锁相环参数调整方法时，蓝牙模组或者对应的蓝牙设备可以使用精度较低的晶振，降低生产成本。
另外，应用上述锁相环参数调整方法，根据蓝牙主设备的载波频率进行自适应调整，还可以起到优化晶振起震电路、PCB板以及锁相环的偏差，提高蓝牙模组与其他蓝牙设备之间的通讯质量的作用。
需要说明的是，由于上述装置实施例与方法实施例基于相同的申请构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于装置实施例，此处不再详述。
本领域技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的示例性的蓝牙通信步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所述的计算机软件可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种锁相环参数调整方法，其特征在于，包括：
接收来自蓝牙主设备的ID包，所述ID包包含前导码；
根据所述ID包的前导码，计算载波频率偏移；
通过所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差；
所述接收来自主设备的ID包，具体包括：
接收ID包的调制信号；
对所述ID包的调制信号进行解调；
所述对所述ID包的调制信号进行解调，具体包括：
对ID包的同相信号和正交信号进行降采样，获得对应的降采样信号；
将所述降采样信号进行频道选择滤波，获得对应的滤波信号；
对所述滤波信号进行解相角函数处理后，求微分值；
所述通过所述前导码，计算载波频率偏移，具体包括：
获取所述前导码的微分值；
对所述前导码的微分值求平均，获得所述载波频率偏移；
所述根据所述载波频率偏移，校正锁相环的偏差，具体包括：
根据所述载波频率偏移调整所述锁相环的分频比；
通过调整所述锁相环的分频比，补偿锁相环的参考时钟的偏差，所述锁相环的参考时钟由低精度的晶振提供。
2.一种蓝牙模组，其特征在于，所述蓝牙模组包括：锁相环、锁相环调整单元以及蓝牙信号处理单元；
所述锁相环用于提供系统时钟；
所述蓝牙信号处理单元用于，接收来自主设备的ID包，所述ID包包含前导码；通过所述ID包的前导码，计算载波频率偏移；
所述锁相环调整单元用于，根据所述载波频率偏移，校正所述锁相环的偏差；
所述蓝牙信号处理单元具体包括：射频电路和解调电路；
所述射频电路用于接收ID包的调制信号；
所述解调电路用于对所述ID包的调制信号进行解调；
所述解调电路具体包括：降采样电路、滤波器以及计算单元；
所述降采样电路用于，对ID包的同相信号和正交信号进行降采样，获得对应的降采样信号；
所述滤波器用于，将所述降采样信号进行频道选择滤波，获得对应的滤波信号；
所述计算单元用于，对所述滤波信号进行解相角函数处理后，求微分值；
所述计算单元具体用于：获取所述前导码的微分值；以及对所述前导码的微分值求平均，获得所述载波频率偏移；
所述蓝牙模组还包括晶振，所述晶振用于向所述锁相环提供参考时钟，所述晶振为低精度的晶振。
3.根据权利要求2所述的蓝牙模组，其特征在于，所述锁相环为分数锁相环。
4.一种蓝牙从设备，包括锁相环、晶振以及蓝牙模块，其特征在于，所述晶振用于向所述锁相环提供参考时钟，所述锁相环用于根据所述参考时钟，形成预定的输出频率；
所述蓝牙模块应用如权利要求1所述的方法，校正所述输出频率的偏差。
5.一种蓝牙系统，包括处于扫描状态的蓝牙主设备以及处于回应状态的蓝牙从设备，其特征在于，
所述蓝牙主设备广播ID包；
所述蓝牙从设备接收所述ID包并返回应答数据包；所述蓝牙从设备还应用如权利要求1所述的方法，校正蓝牙从设备的锁相环的偏差。
6.根据权利要求5所述的蓝牙系统，其特征在于，所述蓝牙从设备包括射频电路以及解调电路；
所述蓝牙主设备用于将所述ID包载荷在载波信号上，形成调制信号向外广播；
所述射频电路用于接收所述来自蓝牙主设备的调制信号；所述解调电路用于解调所述调制信号，并根据所述ID包的前导码计算所述蓝牙从设备与蓝牙主设备之间的载波频率偏移。
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