蓝牙4.0解决方案的介绍

在批准任何新标准或对现有协作规范进行重大更改后，行业需要时间进行调整。如果该标准已获得广泛接受并且在市场中根深蒂固，则尤其如此。无线消费和工业产品中没有比蓝牙更根深蒂固的了。自1998年首次亮相以来，蓝牙已经成为世界上最具影响力的技术之一，成为便携式设备无线通信的标准。但是，传统的蓝牙协议已被证明是有用的并且已经占据了个人局域网（PAN） ）以适中的数据速率传输音频等任务的空间，最新的迭代，蓝牙4.0，完全改变了游戏。这是通过包括“经典蓝牙”以及“蓝牙高速”，跳跃Wi-Fi以实现更高速率以及“低功耗蓝牙（LE）”来实现的，这使得它能够在一系列范围内吝啬高达160英尺（50米）。

蓝牙低功耗技术与经典蓝牙技术在相同的频谱范围（2.400 GHz-2.4835 GHz ISM频段）中运行，但使用不同的通道组。 LE拥有40个2 MHz宽的通道，而不是蓝牙传统的79个1 MHz宽的通道。比特率为1 Mbit/s，最大发射功率为10 mW。虽然蓝牙4.0规范已经推出几年，但是从零件，堆栈和模块到竞争对手需要很长时间。除此之外，正如新标准的情况一样，早期产品充满了对规范的误解（即使是标准委员会所代表的公司）。首次使用硅片是学习曲线的早期阶段，即使拥有大量射频专业知识的公司也需要多次通过才能做到正确。不过，最近几家主要的芯片供应商已经实现了全新的蓝牙4.0有源硅部件，使低功耗无线终端产品的设计者更容易使用。工业用户也正在接受蓝牙4.0规范的低能耗方面。众所周知的蓝牙客户端服务器拓扑创建了一个稳定的基础设主设备和从设备都可以做广告，这允许具有多个链路层连接的主设备的星形拓扑（而从设备在任何时候都只能有一个链路层连接）。因此，蓝牙技术在工业自动化等应用中越来越受欢迎，提供了替代的无线数据通信功能。 （有关更多信息，请参阅TechZone文章“在工业自动化中使用蓝牙进行数据通信”。）

本文介绍了一些最新，最全面的蓝牙4.0解决方案，包括低能耗模式设备和模块，高速度模式，以及那些也接受传统模式的模式。它研究了提供罐装剪切和粘贴支持的技术产品，使用新的蓝牙4.0硬件更容易，更快地进入市场。

物联网状态

借助蓝牙LE，一切都有“状态”。所有BT LE设备都会暴露其状态并提供数据。客户可以根据状态采取行动（图1）。例如，温度传感器可以提供数据或接收命令以编程警报限制。此外，与其他轮询技术相比，服务设备可以在发生变化时通知远程设备，从而节省能源，时间和带宽。更高效的发现和更短的数据包（1字节前同步码，4字节地址，2至39字节有效负载和3字节CRC）有助于确保更快的响应速度。

图1：与许多其他无线协议相比，蓝牙低功耗的主/从广告商/发起者结构易于理解和实施，特别是考虑到其小数据包的开销较低。

由于蓝牙与ZigBee，Wi-Fi，微波炉和无绳电话共享2.4 GHz ISM频段（仅举几例），跳频扩频的使用有助于实现与其他协议以及其他蓝牙LE的互操作性设备非常接近。蓝牙LE数据通道还具有上下保护带，AGC训练功能还允许主机控制器在强信号靠近时抑制发射功率。

这是您的选择

大多数设计师主要关心的是可用的实施模式和应用程序。如果您想为您的设备制造手持式显示和控制单元，您不可能以低于已经具有该功能的智能手机或平板电脑的成本来制造它;支持蓝牙低功耗的智能手机制造商和移动操作系统包括iOS，Android，Windows Phone和BlackBerry。蓝牙技术联盟预测，到2018年，超过90％的蓝牙智能手机将支持低能耗标准。另一方面，更专业化（和/或更小）的低功耗传感器，执行器和功能节点仍然是任何人的游戏。在这里，现成的芯片和模块可以让设计人员在不破坏银行或日历的情况下将产品推向市场。让我们来看看其中的一些部分。

仅支持双能和低能耗的模块和芯片形式。 CSR CSR8645A04-IBBC-R等部件是双模4.0收发器，重点是改善音频质量以及4.0无线增强功能。该公司将其描述为“立体声音频ROM”，它包含用于多频段均衡器和升压的DSP增强功能，以及ADC和DAC，UART，USB和智能应用连接。

作为CSR的Bluecore技术的成员，这部分基于从几代蓝牙设备中获得的经验，具有完整的汽车温度范围和灵敏度低至-92 dBm和高达10 dBm的输出功率。

CSR还声称是世界上第一款蓝牙低功耗IC针对汽车市场，将SIRF primaAuto多功能定位平台与其CSR8311宽带语音IC集成。该器件采用标准的3.1至3.6 V电源，采用小型5 x 5 mm 40引脚封装，可实现3 Mbit/s的数据速率。它专注于具有DSP功能的滤波的宽带语音，适用于嘈杂的汽车环境，并可通过USB或UART与车辆处理器连接。

CSR8670 BlueCore5-多媒体音频片上系统（SoC）是一款集成度更高的版本，它将蓝牙4.0功能与用于电容式触摸传感器和低功耗模式功能的触摸屏界面相结合。 CSR还在其CSR8811中结合了蓝牙4.0和Wi-Fi（IEEE 802.11），适用于手机，但工程师也可以使用它，而无需每年购买数百万个零件。

面向全球分布式无线低能耗传感器，该公司的CSR1000A04-IQQM-R蓝牙低功耗收发器是一个值得注意的。该器件采用32引脚或56引脚封装，具有令人印象深刻的+8 dBm Tx功率输出电平，以及灵敏的-92 dBm输入灵敏度，并针对极低功耗运行进行了优化。硬件的战略使用是它比基于软件的可比方法使用更少功率的原因（图2）。还提供“合格的”蓝牙4.0堆栈，允许您的设计在同一处理器上运行而无需双核。

图2：峰值功耗可比较，硬件的战略性使用最大限度地缩短了功耗时间，从而降低了整体能源消耗。

其他解决方案

德州仪器可能是一家大公司，但它也是射频技术的领导者，并且在引入时非常灵活在快速时间框架内精心设计的新技术。

TI通过C2540F128RHAR SoC为蓝牙低功耗提供高度集成的解决方案（图3）。它是一款单芯片蓝牙LE解决方案，内置协议栈，并为其非常小的6 x 6 mm 40引脚封装提供参考设计。 TI还在Digi-Key网站上提供蓝牙培训模块和蓝牙LE教学视频

图3：TI的单芯片蓝牙低功耗解决方案包含嵌入式8051核心处理器和丰富的外设和资源，包括电源管理和USB模块通常是改进和检查设计概念和可行性思路的好方法，同时也提供快速，低风险的市场路径。 Panasonic为蓝牙4.0提供全功能模块，包括ENW-89820A1KF，它是PAN1720系列的一部分。这些通用的全功能模块可产生1 Mbit/s的数据速率，并且可以表面安装。通过这种方式，它们可用于开发和测试，以及作为系统或最终产品的一部分进行OEM。

另一种模块化解决方案来自BlueGiga Technologies及其BLE112-A-V1蓝牙4.0模块（图4）。针对传感器和附件等低能耗设计，该部分包括用于定制应用的堆栈和用户应用程序空间。通过快速唤醒（几百微秒），它在睡眠模式下仅消耗400 nA。与大多数模块一样，它经过预先认证并符合世界标准。

图4：这种可安装在表面上的邮票大小模块具有所有蓝牙4.0功能，并附带所有模块提供从概念到产品的最快路径的认证。

从简单地将智能手机连接到蓝牙耳机，蓝牙已经走过了漫长的道路。它现在对不同的人意味着不同的东西。对于设计人员来说，它可以代表对传统协议的全面支持，但凭借其高速和低能耗模式，蓝牙现在也为新设计提供了更多选择，并且需要更复杂的硬件和软件。

下一步是什么？蓝牙特别兴趣小组（SIG）刚刚宣布4.1版本，旨在使蓝牙成为大肆宣传的“物联网”（IoT）市场的主要参与者，利用蓝牙广泛的名称认可，广泛接受，及其v .4.0低功耗能力，可与ZigBee，近场通信（NFC）以及其他无线技术竞争，这些技术也需要大量的物联网。