基於Realtek RTL8763BOM 混合藍牙音箱體的設計方案

混合藍牙音箱體的設計是什麼?它是一個基於Realtek RTL8763BOM 藍牙5.0 Soc與DAC及PA功放的混合高保真音箱放大器。這是Realtek 推出系列的藍牙5.0 Soc方案應用。非常適合在各種運動場合,比如:音樂舞蹈訓練、多人協同娛樂、教育等等應用領域。

 

【二. 技術特點】

這個混合藍牙音箱體本質上是個音箱,它具有無線藍牙及DAC解碼功能一體的音箱設備,極大的方便了“小資青”們的DIY和小場合的應用,具有極廣的應用領域。這個混合藍牙音箱體包含了以下特性和功能:

  1. 超遠的接收距離,滿足藍牙CLASS A 通信距離。
  2. 增強的Class D類功率放大器,輸出功率達2*50W。
  3. 雙路緩衝器輸出級,以及高精度的24bit 解碼DAC。

此外:

  • 極小的散熱片
  • 超低的功耗的BT5 晶片
  • 模組板尺寸小:3“寬x 3.6”(30毫米x 36毫米),(1.6mm) FR4板

 

【三. RTL8763BOM 藍牙模組】

RTL8763B號稱是全球最低功耗BT5S雙模式音訊SoC(rtl8763b),不僅支援最新的雙模式藍牙(BR/EDR+BLE),而且具有最低的功耗(< 8mA播放音樂時),一個開放的SDK平臺,以及高清晰度音訊輸出。通過手機或電腦,Realtek rtl8763b可以無縫隨時隨地連結網路音樂進行即時播放,未來還可以連結到一個雲語音助手作為私人秘書來幫助管理和控制日常生活事件。Realtek公司的RTL8763b低功耗雙模BT5 SOC是完美的耳機,音箱和可穿戴的應用,使現代生活更方便更容易。本方案採用RTL8763B系列藍牙5雙SOC,支援SDK 客制化程式設計應用。

1、一般的描述
RT8763B系列的單片機藍牙Mono(RTL8763BM)和身歷聲音訊解決方案(RTL8763BF / BFR RTL8763BS, RTL8763BA)應用程式。 RT8763B由一隻ARM核心和一種超低能耗的DSP核心與高效的計算能力,高性能音訊轉碼器,電源管理單元,ADC,超低當前射頻收發器和智慧I / O分配控制器。參數配置工具,EVB工具包,MP套件,包括控制器的硬體和軟體,為客戶提供一個簡單而靈活的程式快速設計與瑞昱繼續大規模生產的新一代音訊解決方案。 這些完整的解決方案提供一個快速和高度可靠和一個競爭非常激烈的R-BOM發展道路。

特性

  • 藍牙5規範相容的
  • 支持六7,HSP 1.2, 1.3 A2DP, AVRCP 1.6, 1.2和1.0 PBAP SPP
  • 單頭射頻無線電與高性能10 dbm的發射機輸出功率- -94 dbm 2 m EDR接收機靈敏度
  • 支援藍牙經典(BDR /功能)
  • 支持藍牙低能量(祝福)
  • 通用訪問服務
  • 設備資訊服務
  • 專有的資料通信服務
  • 蘋果通知中心服務(社區)
  • 真正的無線高保真頭戴式耳機應用
  • 支援USB c型音訊
  • 支持iAP2
  • 瑞昱的最新RCV(真正的清晰的聲音)技術對窄帶和寬頻語音連接,包括減少風雜訊
  • 支援高解析度的音訊轉碼器24位元,192 khz音訊資料格式
  • 支援雙類比和數位麥克風輸入,i2數位音訊,類比輸出
  • 支援高速UART、I2C、SPI和0介面相容
  • 支持高解析度12位元多通道ADC
  • 支持PWM I / O和智慧控制器
  • 支援USB BC1.2電池充電
  • 與MUX智能I / O分配方案
  • 內置8 mbit快閃記憶體(RTL8763BF / RTL8763BFR)
  • 集成雙開關模式功率調節器,線性監管機構,和電池充電器; 充電電流400毫安培
  • 內置電池電壓監測與外部熱敏電阻和熱保護方案
  • SBC,AAC解碼器的支持
  • 包裝:5 x5mm2QFN40 (RTL8763BM RTL8763BF RTL8763BFR) 6 x6mm2QFN48 (RTL8763BS)和8 x8mm2QFN68 (RTL8763BA)與4毫米
  • 支援線上旅行社和USB固件升級
  • GSM 217 hz干擾遮罩設計
  • BOM成本低
  • 綠色(通過無鉛認證和銻或鹵代阻燃劑)
  • 支持PTA(包交通仲裁者)共存時的wi - fi



基帶特性

  • 40 mhz主時鐘
  • 升級支援弗蘭克-威廉姆斯的串列flash存儲和參數
  • 自我調整跳頻(AFH)
  • 多支持
  • 支援連續複製管理系統(SCMS-T)內容保護



RAM和ROM的大小

  • 羅768 kb大小
  • 單片機記憶體大小16 kb RAM緩存+ 8 kb x 2 x 8資料記憶體
  • DSP RAM 8 kb x 22


射頻

  • 支持TX + 10 dbm (typ)最大輸出功率為藍牙經典
  • 支持TX + 10 dbm (typ)最大輸出功率為藍牙祝福
  • 支持TX + 4 dbm (typ)最大輸出功率,因為藍牙低功耗TPM模式
  • 接收靈敏度:-94 dbm (2 mbps EDR功能)
  • 接收靈敏度:-97 dbm(祝福)
  • 接收機靈敏度:-106.5 dbm (125 k祝福長範圍)
  • 單頭TX / RX射頻埠沒有匹配所需的元件(當發射功率低於+ 4 dbm和使用PIFA類型PCB天線)
  • 晶體振盪器和時鐘偏移的內置集成電容器數位調諧(0 ~ 20 pf),可以節省2-compensation CL帽後瑞昱設計指導方針



單片機

  • 32位ARM處理器Cortex-M4F
  • 支援硬體浮點單元(FPU)
  • 支援記憶體保護單元(微控制器)
  • 支援門限調試介面
  • 執行外部SPI閃光
  • 4路協會緩存控制器



DSP音訊處理

  • 增強Tensilica Hi-Fi-mini相容的24位DSP核心
  • 2單迴圈mac: 24 x 24位乘法器和56位累加器
  • 支援711法、µ-Law連續可變斜率增量(CVSD)和mSBC語音轉碼器
  • 支持8/16 kHz 1/2-mic雜訊抑制和回波消除
  • 包丟失隱藏(PLC)進行聲音處理
  • 南方浸信會,AAC-LC音訊轉碼器支援BT音訊流



音訊轉碼器

  • 雙操作電壓範圍8 v和1.8 v
  • 支援無輸出電容,單端和差分模式在DAC的路徑上
  • 支持16歐姆和32歐姆的揚聲器載入
  • 立體24位數模轉換(DAC) 102 dba信噪比
  • 立體24位元類比數位(ADC) 97 dba信噪比
  • 五波段可配置的EQ在DAC / ADC路徑
  • 取樣速率8、16、32,44.1,48歲,88.2,支持96千赫。
  • 內置麥克風偏見發電機



數位音訊介面
支援兩種PDM數位麥克風輸入
支援24位元,192 khz i2數位音訊
採樣頻率8/16/32/44.1/48/88.2/96/176.4/192kHz

廣播
相容藍牙核心規範包括BR /功能/ LE-1M / LE-2M / LE-Coded(長期)
完全集成的變壓器和合成器最小化外部組件。
射頻電路設計最大限度地減少能耗,同時保持良好的性能

PMU
高度集成的PMU系統的設計應用程式
雙模式切換數位核心監管機構、廣播和音訊轉碼器分別
內置的LDO的I / O和快閃記憶體
內置鋰離子電池充電器高達400毫安培充電電流的能力
支援環境熱檢測電池溫度檢測
內置OVP, (OCP, UVP保護保護系統。

操作條件
工作電壓:2.8 v至4.35 v (VBAT)
溫度範圍:-20°C + 70°C

包裝資訊
5 mmx5mm QFN40包(RTL8763BM)
5 mmx5mm QFN40包(RTL8763BF / BFR)
6 mmx6mm QFN48包(RTL8763BS)
8 mmx8mm QFN68包(RTL8763BA)

應用場合
單聲道耳機
身歷聲耳機
真正的無線身歷聲耳機(遙控武器站)
Mono的演講者
身歷聲揚聲器

2、RTL8763B RF 模組測試
在開發RTL8763BOM BT RF部分時,下面簡單敘述BT RF的測試應用,具體的操作請看附件藍牙射頻測試工具用戶手冊說明文檔:
1)概述
參考文檔“Realtek藍牙的射頻測試工具”及應用“ RTLBTAPP”工具來開發RTL8763B系列晶片,如果RF測試中出現任何問題,請聯繫Realtek或者大聯大的藍牙FAE交流。
2)文檔及MP工具包以二進位格式提供給客戶:
RTLBTAPP.exe----MP可執行檔
RtlBluetoothMP.dll-----MP dll庫

 

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圖1文件列表

按兩下“ RTLBTAPP.exe”打開此工具。但是,請使用“運行管理員”以在Vista / Windows7或更高版本中將其打開。
3)硬體環境
在使用此工具之前,PC應該直接連接UART埠。連接藍牙和HOST晶片之間的連接必須切斷。
4)開啟RTLBTAPP


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圖2打開BTLBTAPP

步驟1:選擇正確的介面。
UART:如果模組介面是UART,請選擇“ UART”並檢查COM埠裝置管理員中的電話號碼。


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圖3檢查COM埠號

步驟2:點擊“打開”。按一下“打開”按鈕後,左上角變為綠色,表示成功打開BT設備。

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圖4設備成功打開

5)DUT(連結)測試模式


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圖5進入連結測試模式

進入連結測試模式,請執行以下操作。
步驟1:點擊“ HCI重設”按鈕重設。
步驟2:點擊“測試模式”按鈕進入DUT測試模式(連結測試模式)。
步驟3:測試後,點擊“ HCI重置”按鈕以退出DUT測試模式

6)LE DUT TX / RX測試(MP)


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圖6 LE測試

步驟1:選擇“ LE測試”。
步驟2:選擇“ LE PKT TX”或“ LE PKT RX”
步驟3:選擇LE測試參數:
(a)頻道:0?39
(b)數據長度:0?0xFF
(c)資料包類型:PRBS9,1111_0000,1010,PRBS15,ALL1,ALL0,0000_1111,0101
(d)PHY:LE 1M PHY,LE 2M PHY,S = 8的LE編碼PHY,LE編碼S = 2的PHY
步驟4:按一下“開始”按鈕開始測試。測試後,按一下“停止”按鈕。綠色矩形顯示在LE PKT RX模式下收到的LE Rx資料包。

7) BLE直接測試模式
本節介紹了用於測試低藍牙的直接測試模式機制並說明如何建立直接測試模式連接。此直接測試模式MODE需要直接連接到Realtek藍牙設備,使用HCI UART介面連接到藍牙測量儀器。Realtek定義了uart引腳,如下圖表所示:



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圖7參考EVB板定義

注意:參考EVB板定義如下圖所示(此版本可能會更改),
1)如果藍牙測量儀器介面是hart或2線:


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圖8通過uart介面連接到儀器

2)如果藍牙測量儀器介面為RS232,則需要進行電平轉換。


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圖9連接到儀器的RS232介面


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圖10連接到USB至UART轉換器的8852B儀器

逐步配置測試環境:
1.在EUT的天線連接器和藍牙之間連接RF電纜測量設備。
2.將HCI UART(RS232)TX連接到藍牙測量的UART RX設備(電平轉換或USB轉換板)。
3.將HCI UART(RS232)RX連接到藍牙測量的UART TX設備(電平轉換或USB轉換板)。
4.在EUT和藍牙測量設備之間連接GND或將USB電纜連線到測試儀。
5.按下硬體重定引腳並開始測試。

8) 附錄
FCC聲明:此設備符合FCC規則的第15部分。操作必須符合以下兩個條件:
(1)本設備不會造成有害干擾,並且
(2)本設備必須接受收到的任何干擾,包括可能導致意外干擾的干擾。

3、BT 天線性能測試
在藍牙RF調試完成後,還需要進行天線端的匹配測試,一般需要到專業的天線工廠進行參數調整,使得藍牙晶片與天線端之間的匹配良好,以及測試整機的天線性能。即藍牙OTA的測試,主要包括藍牙總輻射功率(TRP)和總接收靈敏度(TIS)。其測試方法與CTIA的OTA測試方法相似。

    Bluetooth OTA測試是通過天線經空中傳輸相連,測試要求EUT必須進入測試模式,並與基站之間的藍牙鏈路的一些參數進行配置。具體的設置如下:
    1) 基站控制EUT處於定頻模式(RX/TX Single freq.);
    2) 測試方式為環回方式(Loop back),並設置whitening為off;
    3) 測試一般要求EUT分別工作在低(9)、中(39)、高(78)三個頻點,回送調製信號為10101010,分組類型設置為DH5;
    4) TIS要求BER<5.0%,並要求相對靈敏度測試。
    5) 如果EUT支援功率控制,要求EUT工作在最大功率。

 



天线图


圖11 藍牙的TRP,TIS手機輻射功率和接收機特性測量


4、SDK軟體程式設計


1)RTL8763BOM 為realtek Flash Rom版本,其SDK版本 RTL8763_SDK_V1.0.3.6_20190322,允許用戶進行客制化程式設計,支持Keil 程式設計環境。

 


keil

2)Realtek RTL8763B SDK 基於BBPro SDK,主要由七大模組構成(App、BT、IO、MCU、OSIF、Platform、samples etc.,),關於本項目可參考Sample APP的audio例子進行程式設計。RTL8763B SDK: Sample APP

 

SDK

瑞昱半導體公司
臺灣新竹300,新竹科學園區創新路2號
電話:+ 886-3-578-0211。傳真:+ 886-3-577-6047
www.realtek.com

四、 整機系統工作流程

系統描述
Realtek RTL8763B 支持I2C 通信及PCM/I2S 音訊資料流程傳輸,通過軟體進行對RTL8763B 配置成master或者slave 模式,本系統藍牙配置成master模式,由RTL8763 的i2c 通信介面控制DAC 的通信介面,其資料流通過I2S或者PCM介面 與DAC進行資料傳輸,見下圖:

 


master mode


五、DAC介紹(WM8740 /41/42)

 1)電路介紹
電源經過橋整流器, 由low-drop電壓監管IC LE50提供類比和數位部分的供電。 功率放大器供電使用普通的78 l12和79 l12電壓調節器,產生12~15 v的正負壓。 所有的穩壓器需要有100 nf陶瓷電容器和47uF/ 16 v的電解輸出濾波電器。 電路採用WM8740高性能採樣DAC(當然也可以選擇其他經典的DAC:PCM1794、PCM1798、PCM1796、PCM1792、CS4398等晶片), delta-sigma 架構,最大採樣頻率192千赫/ 24位元,它具有平衡電壓輸出可連接到高品質的運算放大器和單端輸出緩衝器。 晶片可配置成硬體控制及軟體控制工作模式,其軟體控制支援SPI介面,由於8740不支援I2C通信,軟體控制只能由I2C改為了SPI。而RTL8763B SPI介面被應用到Flash ,因此WM8740 只能採用硬體控制方式來配合RTL8763B 晶片完成通信資料的控制, 這意味著可通過設置正確的pin置0或1來改變,即通過特定引腳的上拉或下拉狀態決定其工作狀態,注意所有上拉或下拉的電阻均為10kΩ。其控制引腳設置通過MODE/ LRSEL 引腳來選擇硬體模式或者軟體模式。WM8740/41 內部的主時鐘檢測電路自動確定主時鐘MCLK與採樣時鐘LRCLK關係,並確定最終採樣速率。儘管WM8740/41允許MCLK有一定的相位延遲和抖 動,但設計時也應儘量使MCLK與LRCLK同步。我們通過RTL8763B 的I/O MUX UI tool設置MCLK引腳,然後提供給DAC以保證時鐘的同步。WM8740/41 輸出的類比信號中夾雜高次諧波分量,因此需經低通濾波濾除高頻雜訊,進而得到較為純淨的類比信號。注意DAC和運算放大器電源濾波需要100 nf陶瓷電器和10 uf / 16 v小電解電器。
pin CSBIWO和ML / i2S可配置資料格式 i2S / 24位,這種格式是最常見的,支持所有的S / PDIF 解碼器和i2S及USB音效卡輸出。本電路DAC平衡電壓輸出後連接2級低通濾波器與雙運算放大器OPA2134,失真非常低。 這個放大器同時轉換平衡輸出到不平衡。 當負載連接不理想時,輸出連接的小電阻可以防止振盪且輸出不需要耦合電容器,電路非常簡單可靠。

2)音訊DAC的測量

     目前存在很多的音訊dac,但是都是兩種基本類型的變體(R-2R或DAC DELTA-SIGMA調製器)。 其中R-2R架構採用非常精確的電阻,但是製造和價格昂貴得多。 它可以工作在非過採樣模式(NOS), 缺點是他採樣頻率太近音頻頻譜,很難用簡單的低通濾波器過濾它。 當我們運行沒有經過過濾與高品質元件的DAC,在48khz採樣頻率測量240hz、2.4 khz、24khz的音訊信號波形,測量結果看起來dac DELTA-SIGMA調製器很好,聽力測試R-2R dac 聽起來更好一些。 下圖是音訊DAC在示波器上的測量波形,可對比不同DAC之間的差異。 我們可以看到delta-sigma DAC的扭曲信號,這就是為什麼大多數HiFi聽眾喜歡R-2R DAC non-oversampling模式類型的DAC晶片。

 

测量



六、音訊功率放大器

1)介紹功放電路

採用d類音訊放大器,使用評估板TPA3116D2EVM,供電2 x 50 w。

2)電路描述

TPA3116D2 class D類音訊功率放大器,採用脈衝寬度調製工作。其音訊信號調製頻率大約幾百赫茲~幾兆赫。 由於放大器可切換工作在脈衝模式,不會損失任何功率可使用微型散熱器或沒有散熱片。 因此該放大器更經濟,也很便宜。 放大器的輸出直接接揚聲器輸出。 採用低電源電壓24 v,電路的電源是非常簡單的。
EMI濾波器用於濾除從電網輸入的高頻雜訊,還能防止電源線洩漏的干擾雜訊。 通過NTC熱敏電阻峰值電流限制在穩定的保護區域,以防止電壓突然的升高,起到保險絲和開關的作用。變壓器的二次側,是連接的橋式整流器輸出再經過四個電解電容器4700/ 25 v的濾波。 然後通過電阻1 k2 連接了電源開關。  這裡用100 va變壓器輸出電壓17 v。 在沒有負載整流和濾波後輸出電壓約25 v。 功率放大器晶片能接受26 v的工作電壓。

圖表

 

功放

3)連結

七、音箱製作
製作前,學習使用音箱設計軟體,聲學的設計是比較複雜的、科學性的。因此使用音箱設計軟體能夠快速設計及評估音箱體,常用的音箱設計軟體有:winisd、bassbox、spcad、LspCAD等設計工具,其簡單易用的風格深得廣大音訊愛好者津津樂道。下圖為winISD 早期的軟體版本,依然實用。

 

winISD
 

八、結束語

  設計實現藍牙與一個具有24位、192kHz的取樣速率的數字音訊高保真音箱體。該數位音訊高保真音箱體無需特定MCU控制,電路簡單、穩定性高。但由於採用硬體控制模式,電路配置具有一定局限性。如果要進一步增加其功能可增加一片MCU,採用軟體控制模式,實現人機交交互操作。WM8740/41優異性能使該數位音訊高保真音箱體輸出具有較高的動態範圍,極低的雜訊,本方案僅僅是針對Realtek 藍牙無線耳機晶片的其他應用,目的是起到抛磚引玉的作用,客戶可應用于不同的音訊產品中。

 

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►功放板

►RTL8763BOM板

►核心技術優勢

1. 世界首顆超低功耗的BT5.0 Soc。 2. 24bit/192kHz藍牙5.0 HiFi真無線技術,結合24 位元元 DAC晶片音質玲瓏通透。 3. 支持藍牙5.0及低功耗 +10dBm 最大輸出;支持HFP 1.7、HSP 1.2、A2DP 1.3、AVRDP 1.6、SPP 1.2、PDAP 1.0,具有雙耳通話功能。 4、RTL8763B具有32位ARM處理器,24位元DSP,運行頻率最高160MHz,內置8Mbits Flash記憶體。 5、內置了鋰電池充電管理,內置過壓、過流、欠壓保護等電池防護裝置。 6、在擴展性方面,支持三路LED驅動,支持觸摸IC控制,支援類比和數位麥克風輸入,並且支援雙麥克風。在降噪方面,支持降噪功能和環境音監聽模式。 7、是一顆高性能的全能的RWS真無線藍牙耳機一體化方案。

►方案規格

1.電路簡單,實用新型。 2.輕鬆構建自己的藍牙無線音箱產品,不需要複雜的程式設計開發。 3.I²S/PCM 和SPDIF interface數位音源介面。 4. 具備雙路輸出CLASS D類功率放大以及雙路類比輸入功能。

技術文檔

類型標題檔案
硬件Dimension