藍(lán)牙低能耗技術(shù)內(nèi)幕

藍(lán)牙低能耗技術(shù)“完成”一次連接(即掃描其它設(shè)備、建立鏈路、發(fā)送數(shù)據(jù)、認(rèn)證和適當(dāng)?shù)亟Y(jié)束)只需3ms。而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)完成相同的連接周期需要數(shù)百毫秒。再次提醒，無線開啟時間越長，消耗的電池能量就越多。

藍(lán)牙低能耗技術(shù)還能通過兩種其它方式限制峰值功耗：采用更加“寬松的”射頻參數(shù)以及發(fā)送很短的數(shù)據(jù)包。兩種技術(shù)都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制，但藍(lán)牙低能耗技術(shù)使用的調(diào)制指數(shù)是0.5，而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)是0.35。0.5的指數(shù)接近高斯最小頻移鍵控(GMSK)方案，可以降低無線設(shè)備的功耗要求(這方面的原因比較復(fù)雜，本文暫不贅述)。更低調(diào)制指數(shù)還有兩個好處，即提高覆蓋范圍和增強(qiáng)魯棒性。

標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)使用的數(shù)據(jù)包長度較長。在發(fā)送這些較長的數(shù)據(jù)包時，無線設(shè)備必須在相對較高的功耗狀態(tài)保持更長的時間，從而容易使硅片發(fā)熱。這種發(fā)熱將改變材料的物理特性，進(jìn)而改變傳送頻率(中斷鏈路)，除非頻繁地對無線設(shè)備進(jìn)行再次校準(zhǔn)。再次校準(zhǔn)將消耗更多的功率(并且要求閉環(huán)架構(gòu)，使得無線設(shè)備更加復(fù)雜，從而推高設(shè)備價格)。

相反，藍(lán)牙低能耗技術(shù)使用非常短的數(shù)據(jù)包——這能使硅片保持在低溫狀態(tài)。因此，藍(lán)牙低能耗收發(fā)器不需要較耗能的再次校準(zhǔn)和閉環(huán)架構(gòu)。

擴(kuò)展藍(lán)牙生態(tài)系統(tǒng)

藍(lán)牙低能耗技術(shù)設(shè)計非常適合由于嚴(yán)格的功耗限制而無法使用標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用場合。這是第一次向電子設(shè)計師提供具有嚴(yán)格互操作性的ULP無線技術(shù)，有望帶來數(shù)百種新的應(yīng)用。

一些早期的應(yīng)用跡象也許是，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)試圖通過發(fā)布首批配置(profile)進(jìn)一步補充藍(lán)牙版本4.0核心規(guī)范(包括了BLE)：這些配置針對諸如個人用戶接口設(shè)備(如手表)、遙控器、距離感應(yīng)告警儀、電池狀態(tài)和心率監(jiān)視器等一些應(yīng)用優(yōu)化了藍(lán)牙低能耗通用芯片。其它健康和健身監(jiān)視配置(如血糖儀和血壓計、周期性節(jié)律儀和周期性奇異電源)將隨后推出(見圖3)。

圖3：藍(lán)牙核心規(guī)范版本4.0定義了藍(lán)牙低能耗技術(shù)的架構(gòu)。相應(yīng)配置即將推出。

下面讓我們看一下藍(lán)牙低能耗技術(shù)是如何在以下兩種潛在應(yīng)用中發(fā)揮作用的：距離感應(yīng)告警和室內(nèi)定位(有時也稱為室內(nèi)GPS)。

手機(jī)和便攜式PC制造商采用雙模芯片是因為這些芯片的價格只比標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)稍高一點，但能提供豐富得多的功能。手機(jī)制造商可以借此提供包含手表的安全設(shè)備。這種手表將周期性地與手機(jī)進(jìn)行通信，如果手機(jī)移到一定的范圍之外——因而無法與用戶佩戴的手表聯(lián)系——它將自動鎖死，同時手表發(fā)出告警。這將防止手機(jī)意外丟失，并對任何潛在的小偷起到重要的震懾作用。

距離感應(yīng)告警應(yīng)用還可以延伸至便攜式電腦，當(dāng)用戶移動到一定范圍之外時將便攜式電腦鎖定(也許當(dāng)靠近的用戶按下手表上的某個鍵時也能解鎖)。這種應(yīng)用還能用作兒童安全設(shè)備，當(dāng)兒童與父母在一定范圍內(nèi)時他們手上的手表能保持正常通信，當(dāng)兒童跑出設(shè)定范圍時發(fā)出聲音告警。

藍(lán)牙低能耗傳感器的低成本和低維護(hù)量(因為電池不需要頻繁更換)將鼓勵在公共場所的廣泛使用。一種關(guān)鍵應(yīng)用是室內(nèi)定位(在沒有GPS信號的地方)。此時將由分布在大型公共建筑(如機(jī)場或火車站)周圍的傳感器不斷地廣播它們的位置信息。裝備了藍(lán)牙低能耗技術(shù)的手機(jī)在這個范圍內(nèi)通過時就可以向它的主人顯示這些位置信息。

傳感器還可以發(fā)送其它信息，如航班起飛時間和登機(jī)口、娛樂場所位置或附近商店的特價商品等(見圖4)。

圖4：布置在機(jī)場候機(jī)樓周圍的藍(lán)牙低能耗傳感器能夠持續(xù)廣播各自的位置信息，在這個范圍內(nèi)經(jīng)過的手機(jī)隨之就可以顯示這些信息。

最后步驟

有多家芯片供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)計出藍(lán)牙低能耗芯片，并向優(yōu)選客戶提供了樣品和開發(fā)套件。目前的藍(lán)牙版本4.0規(guī)范允許這些公司自己認(rèn)證他們的芯片是否滿足藍(lán)牙低能耗規(guī)范。

例如，Nordic公司已可提供藍(lán)牙低能耗芯片?Blue (MicroBlue)的樣品，并為重要客戶提供?Blue原型套件。?Blue系列中的第一款產(chǎn)品是nRF8001——這是采用32引腳5x5mm QFN封裝的一種單模外設(shè)解決方案，集成了完全嵌入式無線電、鏈路控制器和主機(jī)子系統(tǒng)——非常適合手表、傳感器和遙控器等應(yīng)用(見圖5)。

圖5：Nordic半導(dǎo)體的?Blue nRF8001 ——一種單模外設(shè)解決方案，適合手表、傳感器和遙控器等應(yīng)用——將是市場上首批藍(lán)牙低能耗芯片之一。

藍(lán)牙低能耗的最后一塊拼板即將完成。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟表示第一批配置——比如距離感應(yīng)告警——將在數(shù)月內(nèi)開始推出。這意味著電子設(shè)計師能在今年年底前拿到完全認(rèn)證過的芯片開始實際產(chǎn)品開發(fā)。

一旦經(jīng)過完全認(rèn)證的芯片上市，將有一大批藍(lán)牙低能耗產(chǎn)品面世。據(jù)Analyst IMS估計，到2013年，每年將售出10億臺藍(lán)牙低能耗設(shè)備，這個數(shù)量體現(xiàn)了目前為止無線技術(shù)的最快普及速度。