CN108650663A - 一种低时钟要求的蓝牙模块及其时钟工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案包括一种低时钟要求的蓝牙模块，包括PCB板、蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件，所述蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件均设置在PCB板上，所述蓝牙时钟包括第一时钟源、第二时钟源和蓝牙计时器，所述蓝牙计时器集成在蓝牙芯片内部，所述第一时钟源和第二时钟源分别与蓝牙计时器连接，所述第一时钟源为设置在蓝牙芯片外的晶振，用于在提供高精度时钟信号，所述第二时钟源为设置在蓝牙芯片外或集成在蓝牙芯片内部的RC振荡器，用于在不要求高精度时钟的低功耗状态下提供时钟信号，所述蓝牙计时器用于蓝牙模块进行通信时的时间同步。本发明的有益效果为：利用RC振荡器作为低频时钟源代替低频晶振，减少了产品成本的同时保证了较低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种低时钟要求的蓝牙模块及其时钟工作方法，属于蓝牙技术领域。
背景技术
蓝牙模块通过搜索先发现其他设备，然后再通过发起连接与其他设备建立连接。建立连接后的两个设备一个为主设备，另一个为从设备。蓝牙系统在建立连接后进入连接状态，除连接状态外还有休眠park状态。
蓝牙工作的时候链路状态分为Active(包括Sniff和hold)、park和CSB模式。Master 和slave之间按照约定间隔进行数据交换，当Master和slave之间成功通信的间隔大于链路，连接会断开，因此为了保持连接，双方会协商若无数据通信时候，间隔某一时间段后进行一次通信；协议规定蓝牙连接没有任何成功的通信则连接会断开的最大时长为Tso*625us，而没有数据通信的时候，主设备会按照一定的周期Tpoll*625us发送poll包，从设备作出回复。协议规定Tso和Tpoll字段长度均为16bit，单位为1个slot，即625us，故范围为 625us-40.9s，该值由主从设备双方协商确定。
Active mode下为了省电还有sniff mode的子模式，Sniff mode下master和slave协商按Tsniff*slot周期进行通信，每次通信时将待发送的数据都发送完成，发送完成后进入低功耗模式，等待下一个周期的到来；此外Park模式下，则为休眠状态，该状态下slave处于休眠模式，master按照TB*slot周期广播beacon帧，slave接收该信息，当slave接收到的信息中未包含自身相关信息时候忽略，若为唤醒本slave，则从休眠状态回到active状态，正常通信。
蓝牙协议分为经典蓝牙和低功耗两个模式。在蓝牙系统中，为了保证系统较低的功耗，蓝牙模块在在正常工作时候会采用高精度高频时钟，而在不工作或休眠的时候会进入休眠模式会采用低频时钟；而在蓝牙从休眠中唤醒后则需要继续与休眠前的设备之间正常通信，因此就要求休眠时候的低频时钟精度较高，以保证休眠的设备之间时钟差距较小，唤醒后可以顺利收发数据；其中，经典蓝牙对时钟的要求为正常工作时候时钟精度为20ppm，休眠时候精度为250ppm；BLE对时钟精度的要求为正常工作时候时钟精度为50ppm，休眠时候精度为 500ppm。
现有的蓝牙在正常工作状态时多采用高精度高频晶振提供时钟源，低功耗状态时采用高精度低频晶振提供时钟源；然而在不需要高精度时钟要求的中低端蓝牙模块中，使用晶振的成本及功耗较高导致产品价格高，失去了市场竞争力。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低时钟要求的蓝牙模块及其时钟工作方法，利用RC振荡器作为低频时钟源代替低频晶振，减少产品成本的同时保证较低功耗。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种低时钟要求的蓝牙模块，其特征在于：包括PCB板、蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件，所述蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件均设置在PCB板上，所述蓝牙时钟包括第一时钟源、第二时钟源和蓝牙计时器，所述蓝牙计时器集成在蓝牙芯片内部，所述第一时钟源和第二时钟源分别与蓝牙计时器连接，所述第一时钟源为设置在蓝牙芯片外的晶振，用于在提供高精度时钟信号，所述第二时钟源为设置在蓝牙芯片外或集成在蓝牙芯片内部的RC振荡器，用于在不要求高精度时钟的低功耗状态下提供时钟信号，所述蓝牙计时器用于蓝牙模块进行通信时的时间同步。
优选地，所述晶振频率包括但不限于16MHz、24MHz、26MHz或32MHz。
优选地，所述RC振荡器频率包括但不限于32KHz。
本发明的技术方案还包括一种低时钟要求的蓝牙时钟工作方法，包括以下步骤：
蓝牙模块处于高度活跃状态下，仅由第一时钟源为CPU提供时钟信号；
从高度活跃状态转入低功耗状态时，仅保持第一时钟源和CPU工作；
打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源的时钟频率；
判断获取的第二时钟源时钟频率是否稳定；
待第二时钟源时钟频率稳定后，关闭第一时钟源，仅由第二时钟源为CPU提供时钟信号；
蓝牙模块保持稳定的低功耗状态下，间歇性校准获取第二时钟源的时钟频率；
当需要从低功耗状态转入高度活跃状态时，打开第一时钟源及其他各电路器件；
获取第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间并关闭第二时钟源；
根据第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间更新蓝牙计时器的时间。
进一步，所述高度活跃状态包括连接状态下的激活模式，所述低功耗状态包括连接状态下的休眠模式、保持模式和监听模式。
进一步，所述校准获取第二时钟源的时钟频率是通过硬件进行控制校准。
进一步，所述打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源的时钟频率是在蓝牙模块转入低功耗状态后温度降低并趋于稳定时进行。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种低时钟要求的蓝牙模块及其时钟工作方法，利用RC振荡器作为低频时钟源代替低频晶振，减少产品成本的同时保证较低功耗。
附图说明
图1是本发明的蓝牙时钟的RC振荡器集成在蓝牙芯片内部的结构示意图；
图2是本发明的蓝牙时钟的RC振荡器设置在蓝牙芯片外部的结构示意图；
图3是本发明的蓝牙工作流程图；
图4是RC振荡器与温度的关系坐标曲线图；
图5是本发明蓝牙工作中两时钟源的切换与温度的关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图4，根据RC振荡器与温度之间的关系，在较大温度范围内，RC振荡器震荡频率会出现较大偏差，但在较小温度变化范围内，RC振荡器震荡频率变化不大，而在蓝牙模块处于低功耗状态下时，温度变化范围很小，因此使用RC振荡器作为低频时钟源代替低频晶振，以满足对时钟精度要求不高的中低端蓝牙模块的需求，同时又降低了成本和功耗。
参照图1和图2，本发明的一种低时钟要求的蓝牙模块，包括PCB板、蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件，所述蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件均设置在PCB板上，所述蓝牙时钟包括第一时钟源、第二时钟源和蓝牙计时器，所述蓝牙计时器集成在蓝牙芯片内部，所述第一时钟源和第二时钟源分别与蓝牙计时器连接，所述第一时钟源为设置在蓝牙芯片外的晶振，用于在提供高精度时钟信号，所述第二时钟源为设置在蓝牙芯片外或集成在蓝牙芯片内部的RC振荡器，用于在不要求高精度时钟的低功耗状态下提供时钟信号，所述蓝牙计时器用于蓝牙模块进行通信时的时间同步。
其中，晶振频率为16MHz、24MHz、26MHz或32MHz等高频率，本实施例中的晶振频率为 24MHz，RC振荡器频率为32KHz。
参照图3和图5，基于上述低时钟要求的蓝牙模块的时钟工作方法，包括以下步骤：
蓝牙模块处于高度活跃状态下，仅由第一时钟源为CPU提供时钟信号，此时蓝牙模块温度较稳定；
当长时间没有数据传输，蓝牙模块则从高度活跃状态转入低功耗状态，即图5中A时刻，此时仅保持第一时钟源和CPU工作，关闭蓝牙模块的其他电路器件，由于仅剩第一时钟源和 CPU工作，蓝牙模块发热量减小，温度逐渐降低；
因为RC振荡器受温度影响较大，因此待蓝牙模块温度降低并趋于稳定后再打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源时钟频率，在此过程即图5中A到B之间，有很小一段时间是由两个时钟源共同提供时钟信号，此时使用第一时钟源校准得出第二时钟源的准确时钟频率；
判断获取的第二时钟源时钟频率是否稳定；
待第二时钟源时钟频率稳定后，即图5中B时刻，关闭第一时钟源，仅由第二时钟源为 CPU提供时钟信号；
第二次校准获取第二时钟源的时钟频率使蓝牙模块保持稳定的低功耗状态，由于在蓝牙模块保持低功耗状态时仅由RC振荡器提供时钟信号，因此需要间歇性对第二时钟源进行校准以保持时钟信号的精确；
当需要从低功耗状态唤醒转入高度活跃状态时，打开第一时钟源及其他各电路器件；
获取第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间并关闭第二时钟源；
根据第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间校准蓝牙计时器。
其中，高度活跃状态包括连接状态下的激活模式，所述低功耗状态包括连接状态下的休眠模式、保持模式和监听模式。
具体的，所述校准获取第二时钟源的时钟频率是通过硬件进行控制校准。
其中，所述打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源的时钟频率是在蓝牙模块转入低功耗状态后温度降低并趋于稳定时进行。
其中，根据第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间校准蓝牙计时器，具体的：
蓝牙模块会在一定的时间点进行通信，这个时间点是蓝牙计时器来作为时间参考，蓝牙计时器记录的是准确的时间。第一时钟源打开的时候，整个系统由第一时钟源提供时钟。进入低功耗时候，由第二时钟源提供时钟。
例如，第一时钟源是24MHz，第二时钟源为32KHz，若一秒后要通信，那么由第一时钟源提供时钟信号时，在24*1000000个脉冲后通信。但是处于低功耗状态时，只有32KHz的第二时钟源提供时钟信号，则在32*1000个脉冲后即通信；然而32KHz的第二时钟源不准，可能是31KHz，可能是33KHz，会随环境变化，因此就用24MHz的第一时钟源校准得出第二时钟源的准确频率，然后用切换到第二时钟源时候的脉冲数除以上述得出的第二时钟源的准确频率，就得到了准确的低功耗下的时间，随后把这个时间更新到蓝牙计时器中。
在本发明的实施例描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (7)
1.一种低时钟要求的蓝牙模块，其特征在于：包括PCB板、蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件，所述蓝牙芯片、蓝牙时钟及其他外围电路器件均设置在PCB板上，所述蓝牙时钟包括第一时钟源、第二时钟源和蓝牙计时器，所述蓝牙计时器集成在蓝牙芯片内部，所述第一时钟源和第二时钟源分别与蓝牙计时器连接，所述第一时钟源为设置在蓝牙芯片外的晶振，用于在提供高精度时钟信号，所述第二时钟源为设置在蓝牙芯片外或集成在蓝牙芯片内部的RC振荡器，用于在不要求高精度时钟的低功耗状态下提供时钟信号，所述蓝牙计时器用于蓝牙模块进行通信时的时间同步。
2.根据权利要求1所述的低时钟要求的蓝牙模块，其特征在于：所述晶振频率包括但不限于16MHz、24MHz、26MHz或32MHz。
3.根据权利要求1所述的低时钟要求的蓝牙模块，其特征在于：所述RC振荡器频率包括但不限于32KHz。
4.根据权利要求1-3任一所述的蓝牙模块的时钟工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
蓝牙模块处于高度活跃状态下，仅由第一时钟源提供时钟信号；
从高度活跃状态转入低功耗状态时，仅保持第一时钟源和蓝牙芯片的CPU单元工作；
打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源的时钟频率；
判断获取的第二时钟源时钟频率是否稳定；
待第二时钟源时钟频率稳定后，关闭第一时钟源，仅由第二时钟源为CPU提供时钟信号；
蓝牙模块保持稳定的低功耗状态下，间歇性校准获取第二时钟源的时钟频率；
当需要从低功耗状态转入高度活跃状态时，打开第一时钟源及其他各电路器件；
获取第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间并关闭第二时钟源；
根据第二时钟源时钟频率和低功耗状态持续时间更新蓝牙计时器的时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述高度活跃状态包括连接状态下的激活模式，所述低功耗状态包括连接状态下的休眠模式、保持模式和监听模式。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述校准获取第二时钟源的时钟频率是通过硬件进行控制校准。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述打开第二时钟源并第一次校准获取第二时钟源的时钟频率是在蓝牙模块转入低功耗状态后温度降低并趋于稳定时进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181012 |
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