《低功耗蓝牙的发展将带来的改变》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低功耗蓝牙的发展将带来的改变（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、集合在线全球首个电子元器件团购平台低功耗蓝牙的发展将带来的改变低功耗蓝牙 Bluetooth? Low Energy (BLE) 现在可能还未纳入您的电子设计中，但很快就有机会纳入其中。 此无线连线技术在过去三年爆炸性成长。 目前为数百万个电子装置提供低功率连线功能，例如智慧型手表、健身追踪器、智慧型手机配件和医疗监测器。 透过即将推出的技术改进，BLE 将更加广泛地运用在新一代消费性电子产品与新兴物联网中。许多改进项目已经整合到最近更新的蓝牙 4.1 核心规格中。 这些改进可支援更高效率的大量资料传输、更高的装置间通讯弹性、同时双重模式，并且首次迈入 IP 架构通讯。综合这些技术改进，BLE
2、 将在功耗、效能和成本层面上更具吸引力。除了蓝牙 4.1 的改进外，BLE 晶片本身也持续改善。 透过效率的提升，第二代 BLE 的传输功耗将大幅降低约 66%，且无损传输范围或效能。基於 BLE 最近的变更以及未来的改进，现在正是探讨此项技术目前定位以及未来走向的绝佳时机。BLE 基础知识对於已经达到低功耗最佳化，而非最大数据传输率的无线通讯装置而言，BLE 是最适合的技术。 其所需的功耗仅有传统蓝牙的百分之一。 BLE 的峰值耗电量最低仅有 15 mA，但传统蓝牙却要 40 mA 以上。 由於耗电量如此节省，BLE 可透过单一钮扣型电池运作数个月甚至数年，视应用而定。BLE 达到低功耗的主
3、要原因在於多数时间都关闭其无线电。 BLE 仅会扫描三个信号频道，其无线电仅会在传送或接收数据短丛发时唤醒，且封包小，仅有 8 至 27 八位元组。BLE 亦可超快速建立连线，进一步缩短无线电的开启时间。 BLE 可在最短 3 ms 内传送经过验证的数据，相对地，传统蓝牙则通常需要 1000 ms。在数据传输率上，BLE 最高的实际数据传输率通常低於 100 kbs。 因此 BLE 并不适用於持续数据串流的应用，此类应用须采用传统蓝牙提供高达 3 Mbps 的数据传输率。BLE 与传统蓝牙亦有其他技术上的差异。 主要差异包括，BLE 采用星状网路拓扑，并在每一个从属装置的各个封包上使用 32
4、位元存取位址，理论上这可让数十亿个装置在指定时间内达到连线。 传统蓝牙的微网 (Piconet) 拓扑则相反，仅限最多八个装置同时连线。Panasonic 钮扣型电池的影像集合在线全球首个电子元器件团购平台图 1：低功耗蓝牙装置能用单一钮扣型电池运作数年。BLE 的其他技术特点包括： 最佳化 GSFK 调变。 如同传统蓝牙，BLE 也采用 GSFK 调变机制。 但 BLE 采用更高的调变指数以及 2 MHz 通道达到较低的位元错误率，进而达到更宽广的传输范围。 调适性跳频。 装置在连线下，BLE 技术采用与传统蓝牙相同的调适性跳频机制。 多种无线装置共用 2.4 GHz ISM 频带作业，调适
5、性跳频能减少来自此频带中其他技术的干扰。 耐用性。 BLE 在每个封包上使用单一 24 位元循环冗余检查 (CRC)，因此能让排针座和资料区侦测单位元错误以及 2 和 4 位元错误。采用 24 位元 CRC 而非 16 或 32 位元 CRC，能让 BLE 的资料有效负载达到最佳化。 严密安全性。BLE 采用 128 位元进阶加密系统 (AES-128) 进行加密和验证，此加密系统系美国政府为了保障资料安全而开发。蓝牙 4.1 的另一项重大改进就是双模式能力。 感测器或手机配件等装置本身通常会使用 BLE，而智慧型手机和平板装置通常会充当无线分享器，透过 BLE 和传统蓝牙进行通讯。 蓝牙核心
6、规格能让此双模式运作成真。 基本上，双模式模组会结合传统蓝牙和 BLE 通讯堆叠并允许共用天线。 单一和双重模式元件分别归类为 Bluetooth Smart 和 Bluetooth Smart Ready。BLE 的未来走向从目前的观点来看，BLE 技术已经为需要低功率无线连线的装置提供优异的方案。 然而，BLE 的能源效率甚至将变得更高，且蓝牙 4.1 的改进项目将可让此技术更加容易用於设计新一代的无线装置和智慧型物件，进而组成物联网。即使蓝牙 4.1 拥有这些改进项目，但仍可向下相容於传统的装置，包括： 支援多重角色。 链路层与双模式拓扑的改变能让双模式装置同时当作 Smart Read
7、y 分享器以及 Smart 装置。 高效率资料交换。 在逻辑链路控制与调适通讯协定 (L2CAP) 中新增连线导向通道，能让 BLE 装置之间的大量资料传输更加有效率，同时减少负担。 改善连线。 工程师在建立和维护蓝牙连线时将享有更多灵活性，包括自动重新连线。 IP 架构连线。 新的核心规格新增专用的 L2CAP 通道，打造了 IPv6 通讯的技术基础，藉此为物联网铺路。功率无线替代方案低功耗蓝牙 (BLE) 在低功率无线通讯领域中并不是唯一的方案。 ANT 和 ZigBee 两种无线标准皆有与 BLE 相同的功能，并且占有一席之地。 但在考虑技术能力以及是否为开放式通讯协定後，BLE 就享有
8、明显优势。集合在线全球首个电子元器件团购平台电池续航力和数据传输率比较图图 2：ZigBee 和 BLE 之间的电池续航力和数据传输率比较。低功耗蓝牙实施策略决定应用的通讯协定後，下一个要考量的项目就是如何实施；购买 BLE 模组或打造自己的离散方案。 两种方法都可行，但在三种情况下使用模组明显会更好：1.少量生产。 若生产量低於 100,000 件，模组会比离散元件拥有更明显的成本优势。 将晶片架构 BLE 实作的开发、制造、 RF 认证以及测试的成本加总後，您会发现成本通常落在 $150,000 至 $200,000 美元之间。 用低於 100,000 的生产量分摊这些成本以及 RF 的成
9、本将无比昂贵。 若数量介於 100,000 至 150,000，无论是采用模组或晶片方案，从总成本观点来看都是可行的。 若超过 150,000 件，使用离散方案是较偏好的作法。2.达到加速上市的目标。 若有快速上市的考量，也会优先考虑采用模组。 离散 RF 应用通常需要三至六个月的开发时间，即便是资深的工程师团队同样会受到此时间的限制。模组能以 API 和字串命令组取代众多自订编程，因此可大幅简化开发流程。 模组也预先通过认证，因此无须花费时间和成本在认证流程上。 底限：模组仅需数周就能直接应用在新的产品设计上，提供明显的快速上市优势。3.长生命周期。 对於产品本身的生命周期可能比其积体电路更
10、长久的产品而言，模组可对抗产品停产的危机。 模组设计可在必要时整合新的晶片，且无须变更原本的引脚配置、功能、尺寸或韧体介面。集合在线全球首个电子元器件团购平台模组与晶片的成本比较图图 3：模组与晶片的成本比较。低功耗蓝牙模组Panasonic 推出多种可用的 BLE 模组。 以下列举其中三款：Panasonic 的 PAN1740 单模式低功耗蓝牙模组影像 图 4：PAN1740 单模式低功耗蓝牙模组。PAN1740 单模式低功耗蓝牙模组 - NanoPower1.0 dBm 时的 Tx 电流： 5 mA2.小覆盖区：9 x 9.5 x 1.9 mm3.高灵敏度（典型值 -93 dBm）4.T
11、x 功率控制最高达 0 dBm5.置放後即可使用集合在线全球首个电子元器件团购平台6.自主独立操作7.Bluetooth Smart? 模组8.嵌入式 BLE 堆叠和 GATT 设定档9.工业温度范围：-40C 至 +85C10.两个内部晶体振荡器11.整合式屏蔽可抵挡 EMI12.无需外接元件Panasonic 的 PAN1720/PAN1721 单模式低功耗蓝牙模组影像图 5：PAN1720/PAN1721 单模式低功耗蓝牙模组。PAN1720 和 PAN1721 单模式低功耗蓝牙模组1.表面黏着封装，尺寸为 15.6 x 8.7 x 1.9 mm2.典型 Tx 功率高达 4.0 dBm，
12、并具有传输功率控制功能 3.高灵敏度，典型值为 -94 dBm4.采用 Texas Instrument 的 CC2540 单晶片 BLE 方案架构5.高效能、低功率的 8051 微控制器核心6.无需外接元件7.快速连线设定8.内部晶体振荡器，26 MHz9.内部 32 kHz 晶体振荡器用於睡眠计时器10.两个强大的 USART11.电池监测器与温度感测器12.PAN1720 提供 USB 介面13.PAN1721 提供 I2C 介面集合在线全球首个电子元器件团购平台Panasonic 的 PAN1326 双模式 BLE 和传统蓝牙模组图 6：PAN1326 双模式 BLE 和传统蓝牙模组。
13、PAN1326 双模式 BLE 和传统蓝牙模组1.同级最佳蓝牙 RF 效能，包含 Tx 功率、Rx 灵敏度和阻隔2.完全符合蓝牙 v4.0 和 EDR3.尺寸：6.5 mm x 9 mm x 1.7 mm (PAN1316)4.认证：蓝牙、FCC、CE、IC5.工作温度范围：-40C 至 85C6.设定档：支援所有设定档7.采用 TI 的 CC2564 架构 8.能整合几乎所有微控制器9.适合 ACL 和 eSCO 的超快速演算法10.支援延伸范围，Tx 功率 10.5 dBm 典型输出自 2014 年初推出的 BLE 和双模式晶片与模组开始出现蓝牙 4.1 所涵盖的改进项目。在未来发展上，我们可预期 BLE 持续进行革新，将为电池供电式应用的功率预算达到正面影响。此革新将从新上市的 BLE 离散 IC 和模组开始。 这些元件通常称为超低功耗 BLE，但不同的制造商已经采用不同的商标名称，例如 Panasonic 的 NanoPower 系列。 NanoPower 元件的传送和接收电流消耗量，比起现有的 BLE 元件降低超过 66%，与传统蓝牙元件比则高达将近 90%。 此外，即便电流减少也不会缩小传输范围、降低传送功率或是影响蓝牙规格。本文引用自集合在线前沿论坛 http:/
