基于微軟藍(lán)牙技術(shù)的鍵盤的整個(gè)系統(tǒng)基本上只有一個(gè)關(guān)鍵器件——Broadcom藍(lán)牙控制器。這款I(lǐng)C兼有藍(lán)牙收發(fā)器和鍵盤控制器雙重功能，還集成了鍵盤掃描接口，負(fù)責(zé)處理與按鍵有關(guān)的陣列信息。但基于該IC的無線鍵盤有一個(gè)顯著缺憾，若短間時(shí)內(nèi)沒使用，再次敲擊按鍵時(shí)，不會(huì)立刻就有響應(yīng)。雖然除了Broadcom的方案，也還有其它可選方案，但這些可選方面也有各自局限所在。
撰寫有關(guān)設(shè)計(jì)揭密的文章時(shí)，我通常會(huì)挑出被拆解系統(tǒng)的關(guān)鍵器件供應(yīng)商，并由此與相關(guān)供應(yīng)商的工程師討論各種設(shè)計(jì)問題。不過，對基于微軟藍(lán)牙技術(shù)的鍵盤的拆解卻顯得與眾不同，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)基本上只有一個(gè)關(guān)鍵器件——Broadcom藍(lán)牙控制器。
Broadcom的初衷是使鍵盤(和鼠標(biāo))的設(shè)計(jì)盡可能簡單。從市場角度來看，Broadcom并未將心思放在新奇的高端無線鍵盤上，其興趣點(diǎn)在于促成較低成本的藍(lán)牙鍵盤大量上市，進(jìn)而催熱藍(lán)牙市場。目前，采用Broadcom控制器的鍵盤(與藍(lán)牙鼠標(biāo)一起交付)市場售價(jià)約為100美元，而Broadcom希望這個(gè)價(jià)格能夠降至60美元。
該鍵盤的工業(yè)設(shè)計(jì)由微軟完成，它設(shè)計(jì)用于替代此前電池壽命短得多的型號。該鍵盤中采用的Broadcom BCM2040 IC是一款單芯片藍(lán)牙器件，兼有藍(lán)牙收發(fā)器和鍵盤控制器雙重功能。這款I(lǐng)C符合藍(lán)牙1.2規(guī)范，支持人機(jī)接口設(shè)備模式(HID)。該芯片采用了通過標(biāo)準(zhǔn)降壓CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能2.4GHz射頻部分，其專有的自校準(zhǔn)VCO架構(gòu)可提供極佳的相噪性能，并支持整個(gè)頻段的快速跳頻技術(shù)。
圖3：BCM2040兼有藍(lán)牙收發(fā)器和鍵盤控制器雙重功能
該芯片集成了所有的濾波器，通過自校準(zhǔn)可自動(dòng)補(bǔ)償溫度變化。它集成了片上8051處理器和RAM/ROM存儲(chǔ)器、完全支持152個(gè)按鍵和用戶自定義熱鍵的鍵盤掃描接口、低壓降(LDO)穩(wěn)壓器，還集成了正交信號解碼器，可同時(shí)支持滾珠式及光電鼠標(biāo)設(shè)計(jì)。這種高集成特性對于降低系統(tǒng)成本而言至關(guān)重要。
“BCM2040是一款藍(lán)牙控制器，但我們針對鍵盤應(yīng)用進(jìn)行了量身設(shè)計(jì)，”Broadcom負(fù)責(zé)藍(lán)牙芯片的產(chǎn)品經(jīng)理Tom Ramsthaler表示,“我們致力于使用單顆芯片完成所有功能，以此降低成本。所以，當(dāng)你拆開鍵盤時(shí)，在里面就看不到太多東西。”而繼BCM2040之后，Broadcom還推出了支持藍(lán)牙2.0版規(guī)范的BCM2042芯片。它在BCM2040高集成度的基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步集成了用于存儲(chǔ)藍(lán)牙地址和配置數(shù)據(jù)的8KB非易失性閃存，以及用于支持外部傳感器的開關(guān)穩(wěn)壓器。
無線鍵盤的一個(gè)關(guān)鍵問題是功耗。研究顯示，用戶希望無線鍵盤能使用6到8個(gè)月的時(shí)間，而不用更換電池。Broadcom的無線鍵盤與競爭產(chǎn)品一樣，使用兩節(jié)AA電池供電。而BCM2040中的藍(lán)牙基帶內(nèi)核進(jìn)行了優(yōu)化，可延長電池使用時(shí)間。在正常使用條件下，微軟的設(shè)計(jì)能達(dá)到7個(gè)月的電池使用壽命。Broadcom聲稱，若采用BCM2042芯片，電池使用壽命可進(jìn)一步延長。
設(shè)計(jì)缺憾
采用BCM2040的無線鍵盤的設(shè)計(jì)過程包括：開發(fā)按鍵掃描接口，增添一個(gè)額外的晶體(成本約35美分)、一個(gè)E2PROM(成本約15到20美分)、若干電阻和電容，以及一只電感。但該無線鍵盤有一個(gè)顯著缺憾：若短時(shí)間內(nèi)沒使用鍵盤，當(dāng)你再次敲擊按鍵時(shí)，鍵盤不會(huì)立刻就有響應(yīng)。這是因?yàn)椋粼陬A(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)沒有使用鍵盤時(shí)，鍵盤將進(jìn)入休眠狀態(tài)；所以，再次啟用時(shí)，鍵盤需要與計(jì)算機(jī)主機(jī)重新建立藍(lán)牙連接。“系統(tǒng)為按鍵安排了緩沖，所以敲擊按鍵時(shí)，需要一兩秒鐘時(shí)間來喚醒主機(jī)，”Ramsthaler表示，“鍵擊信息會(huì)傳送至主機(jī)，但會(huì)有約一秒鐘的延時(shí)。”
在休眠狀態(tài)下，該無線鍵盤的功耗為10到20微安。這就允許你走離計(jì)算機(jī)很長、很長時(shí)間，返回時(shí)電池仍能正常使用。當(dāng)然，設(shè)計(jì)人員可以選擇使鍵盤始終處在消耗約300到400微安電流的上電狀態(tài)，這樣可以省去重新建立藍(lán)牙連接的時(shí)間(以及相關(guān)延時(shí))，但這種方案會(huì)大幅縮短電池使用壽命。
主要優(yōu)勢
以用戶可承受的方式將藍(lán)牙技術(shù)引入臺(tái)式電腦應(yīng)用，除了無線鍵盤(和鼠標(biāo))以外，還催生了其它的一系列市場，可能(也應(yīng)該)包括：打印機(jī)、MP3播放器、PDA、移動(dòng)手持設(shè)備等。而Broadcom的Blink軟件極大地簡化了PC與手持設(shè)備間的鏈接，可幫助藍(lán)牙技術(shù)在這些領(lǐng)域的發(fā)展。
圖1：采用Broadcom的單片BCM2040 IC，簡化無線鍵盤設(shè)計(jì)
圖2：Broadcom提供基于其藍(lán)牙無線鍵盤控制器的參考設(shè)計(jì)
此外，藍(lán)牙技術(shù)的部分成本也能夠降低。例如，若PC本身支持藍(lán)牙，則鍵盤可以不帶藍(lán)牙適配器。對手持設(shè)備或PDA來說，藍(lán)牙雖增加了成本，但省去了USB連接和底座(cradle)的開銷。
Broadcom聲稱，其參考設(shè)計(jì)省去了設(shè)計(jì)師大部分繁復(fù)工作，其中就包括省去了美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的預(yù)測關(guān)。所以，Broadcom稱，如你自己仍需打通預(yù)測關(guān)，若采用Broadcom的參考設(shè)計(jì)就可確保你能順利過關(guān)。
可選方案對比分析
與Broadcom方案不同，另一種可選方案需要兩片IC：一片用于藍(lán)牙連接，另一片用于鍵盤控制。某些鍵盤生產(chǎn)商選用了這種包含兩片IC的方案，部分原因是該方案能支持更為標(biāo)新立異的設(shè)計(jì)。除了增加一片IC，這種設(shè)計(jì)可能還需要外接閃存，以對固件進(jìn)行定制。但由于Broadcom方案整合了全部所需固件，所以只需外加一片通過串口連接的E2PROM即可。
鍵盤設(shè)計(jì)師也可以選擇另一種替代方案，即采用諸如27MHz設(shè)計(jì)這樣的專有無線方案。這種替代方案只需一個(gè)晶體、一片低成本的處理器和四五只晶體管，原材料成本(BOM)僅約90美分。這種方案價(jià)格更便宜，但也有其局限所在。
舉例來說，藍(lán)牙采用跳頻技術(shù)。所以，同一間教室內(nèi)的每位學(xué)生都能使用藍(lán)牙鼠標(biāo)和鍵盤而不會(huì)產(chǎn)生干擾；而在27MHz系統(tǒng)，將遭遇干擾問題。當(dāng)然，你可以為這些便宜的系統(tǒng)增加一個(gè)安全層，但同時(shí)也會(huì)抬高成本。相對而言，采用藍(lán)牙技術(shù)的無線鍵盤就沒有這個(gè)必要，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)本身預(yù)置了128位加密任務(wù)。除了干擾問題，27MHz方案也存在另一處局限。27MHz系統(tǒng)作用距離一般為約3至4英尺(約0.9至1.2米)；而藍(lán)牙方案的作用距離則可輕易地?cái)U(kuò)至30英尺(約9米)。