今天要跟大家討論的是低功耗藍(lán)牙技術(shù)（BLE）。就字面意思來說，與經(jīng)典的藍(lán)牙技術(shù)相比，低功耗藍(lán)牙技術(shù)勝在低功耗。無線鼠標(biāo)與電腦配對(duì)、手機(jī)連接藍(lán)牙音箱播放音樂、健身追蹤器與手機(jī)應(yīng)用數(shù)據(jù)同步......這些場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)都在利用低功耗藍(lán)牙技術(shù)。因?yàn)楣臉O低，所以更受電池供應(yīng)商的青睞。

目前，低功耗藍(lán)牙技術(shù)已成為無線傳感器部署的核心，而且已基本成為另一個(gè)SoC標(biāo)準(zhǔn)接口。低功耗藍(lán)牙技術(shù)不僅能應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、平板、電腦等電子設(shè)備，也可以應(yīng)用于汽車、可穿戴設(shè)備、零售等領(lǐng)域，該技術(shù)的新用例正在不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)在正是開發(fā)者們深入了解并提前部署的好機(jī)會(huì)。

純低功耗藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁

根據(jù)ABI Research和Bluetooth SIG所提供的數(shù)據(jù)，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)整體增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁：預(yù)計(jì)到2027年，藍(lán)牙設(shè)備的年出貨量將達(dá)到76億臺(tái)。

這一增長(zhǎng)主要來自于藍(lán)牙周邊設(shè)備，其中純低功耗藍(lán)牙技術(shù)解決方案的電池供電設(shè)備占據(jù)了主導(dǎo)地位。低功耗藍(lán)牙設(shè)備在2.4GHz免許可無線電頻段內(nèi)工作，為附近的設(shè)備提供無線連接。預(yù)計(jì)在未來幾年，純BLE設(shè)備的出貨量將增加2倍。手機(jī)、平板、PC等設(shè)備也會(huì)部署藍(lán)牙且通常為雙模，即同時(shí)部署經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙，但此類設(shè)備的增長(zhǎng)率相對(duì)平緩。

根據(jù)ABI Research和Bluetooth SIG的報(bào)告，低功耗藍(lán)牙技術(shù)的相關(guān)用例可分為以下四個(gè)關(guān)鍵細(xì)分市場(chǎng)：

細(xì)分市場(chǎng)一：音頻傳輸

音頻傳輸，涵蓋了無線揚(yáng)聲器、頭顯、耳塞以及車載系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。通過低功耗藍(lán)牙技術(shù)，在電影院觀影時(shí)甚至可以自行選擇音頻語言，讓觀影體驗(yàn)更加完美。

Bluetooth SIG的Auracast廣播音頻功能讓智能手機(jī)、平板電腦、電視或其他音頻源設(shè)備能夠向耳塞和揚(yáng)聲器等不限數(shù)量的音頻接收設(shè)備廣播音頻。無論你在哪里，只要有藍(lán)牙設(shè)備，你都能享受到音樂的快樂。

這不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)的突破，更是人類對(duì)于美好生活的追求，讓生活充滿無限可能。

細(xì)分市場(chǎng)二：數(shù)據(jù)傳輸

在智能化的今天，從可穿戴設(shè)備到PC外設(shè)，數(shù)據(jù)傳輸已成為它們與外界溝通的橋梁。

健身時(shí)，健身追蹤器或智能手表可以實(shí)時(shí)與手機(jī)或電腦分享數(shù)據(jù)；鍵盤、遠(yuǎn)程心率和血壓監(jiān)測(cè)工具等健康與保健設(shè)備，能夠與應(yīng)用或主機(jī)系統(tǒng)同步，時(shí)刻為用戶提供最準(zhǔn)確、最新的健康信息，輔助大家更好地管理自己的身體狀況。

數(shù)據(jù)傳輸對(duì)設(shè)備配置至關(guān)重要，包括開關(guān)、門鎖等無線設(shè)備。它使遠(yuǎn)程控制家電和安全開關(guān)門鎖成為可能，是現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分。

細(xì)分市場(chǎng)三：定位服務(wù)

無論是精確的資產(chǎn)跟蹤、室內(nèi)導(dǎo)航，還是細(xì)致的人員定位，定位服務(wù)都展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值。醫(yī)生和護(hù)士定位患者位置，確保提供及時(shí)的護(hù)理和就職；訪客在博物館、體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等地不再迷路，輕松找到目的地；用手機(jī)給汽車、住宅開鎖；錢包、鑰匙、手機(jī)等個(gè)人資產(chǎn)即使丟了也能通過定位找回。資產(chǎn)追蹤標(biāo)簽為我們提供了另一層安全感。

細(xì)分市場(chǎng)四：設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

設(shè)備網(wǎng)絡(luò)是另一個(gè)有望在未來幾年實(shí)現(xiàn)良好增長(zhǎng)的細(xì)分市場(chǎng)。例如，用于照明、商業(yè)樓宇自動(dòng)化和智能家居的控制系統(tǒng)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)；用于工廠控制、暖通空調(diào)設(shè)備以及照明、溫度、振動(dòng)、占用率和濕度等參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)；支持動(dòng)態(tài)定價(jià)的電子貨架標(biāo)簽；電動(dòng)汽車電池監(jiān)測(cè)器和胎壓監(jiān)測(cè)器等汽車應(yīng)用。

多協(xié)議無線解決方案為何備受追捧

藍(lán)牙，尤其是低功耗藍(lán)牙技術(shù)，作為獨(dú)立無線協(xié)議正迅速發(fā)展，與其他無線協(xié)議結(jié)合實(shí)現(xiàn)訪問、控制和配置/調(diào)試等應(yīng)用。下面將介紹可與BLE搭配的關(guān)鍵無線協(xié)議。

Zigbee Direct通過在基于Zigbee的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置節(jié)點(diǎn)，利用BLE簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)接入。在過去20年中，Zigbee因其低功耗和短距離特性，一直被視為藍(lán)牙技術(shù)的競(jìng)品。Zigbee Direct降低了復(fù)雜性，因?yàn)樗恍枰圃L問或集線器即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備接入以及大型商業(yè)應(yīng)用和智能家居網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)。通過與BLE相結(jié)合，該技術(shù)非常適合住宅、商業(yè)、公用事業(yè)、能源等應(yīng)用。

Thread為BLE調(diào)試定義了方法。通過在Thread網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中使用Thread/藍(lán)牙雙模設(shè)備，并借助直接鏈路傳輸安全層（TSL）連接進(jìn)行基于證書的驗(yàn)證，為設(shè)備提供一定程度的安全性。現(xiàn)在已在2019年定義的初始規(guī)范中增加了更穩(wěn)健、更安全的BLE調(diào)試方法。

WiFi與BLE是極受歡迎的雙協(xié)議解決方案。由于這兩個(gè)協(xié)議在SoC上作為獨(dú)立的無線電系統(tǒng)工作，因此它們使用數(shù)據(jù)包流量仲裁來協(xié)調(diào)信道的使用，從而實(shí)現(xiàn)共存。這些組合芯片組的實(shí)際運(yùn)用示例包括：通過BLE打開酒店客房門鎖、通過BLE配置智能開關(guān)等。

超寬帶（UWB）已成為一項(xiàng)免費(fèi)的無線技術(shù)，能夠非常精確地測(cè)量距離。在UWB出現(xiàn)之前，BLE已應(yīng)用于汽車遙控鑰匙，甚至已應(yīng)用于手機(jī)，以便解鎖汽車，有時(shí)還能啟動(dòng)汽車。現(xiàn)在，根據(jù)范圍、應(yīng)用和安全級(jí)別，UWB和BLE通過切換方法進(jìn)行交互。

采用BLE的無線廣域網(wǎng)（WWAN）已用于調(diào)試，特別是在智慧城市應(yīng)用中。最顯著的例子之一就是智能電表、水表和天然氣表。根據(jù)地區(qū)和/或公用事業(yè)公司的偏好，有多種WWAN協(xié)議可供使用。在安裝過程中，必須將所有協(xié)議接入或調(diào)試到所選網(wǎng)絡(luò)上。然而，對(duì)于密閉、防水的儀表，沒有檢修口允許這樣做。此時(shí)，BLE便可派上用場(chǎng)，通過將協(xié)議添加到主板上的主MCU，為設(shè)備提供無線設(shè)置、調(diào)試和維護(hù)功能。

還有哪些領(lǐng)域部署低功耗藍(lán)牙技術(shù)的潛力最大？

盡管低功耗藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛，但仍有許多新興應(yīng)用可以開拓。

汽車領(lǐng)域就是一個(gè)巨大的潛力市場(chǎng)。

電動(dòng)汽車電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)迅速增長(zhǎng)的BLE應(yīng)用。隨著汽車中分散式分區(qū)架構(gòu)的興起，BLE可以替代線纜，在減輕重量的同時(shí)提高可靠性。同時(shí)BLE還支持充電，并可以控制單個(gè)電芯，從而最大限度地提高性能、安全性和電芯壽命管理。

在輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，BLE可以取代專有無線協(xié)議成為標(biāo)準(zhǔn)。隨著MEMS傳感器的加入，輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅能夠提供胎壓數(shù)據(jù)，還可以監(jiān)測(cè)溫度和振動(dòng)，并預(yù)測(cè)輪胎花紋的磨損情況。

BLE還開始支持發(fā)動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)診斷與維護(hù)應(yīng)用，并在生產(chǎn)裝配設(shè)施中使用。

可聽戴設(shè)備（包括耳罩式、耳塞式和入耳式設(shè)備）是另一個(gè)受益于BLE音頻（也稱為L(zhǎng)E Audio）低功耗特性的細(xì)分市場(chǎng)。Bluetooth SIG的Auracast預(yù)計(jì)將顛覆可聽戴設(shè)備領(lǐng)域。目前，無線揚(yáng)聲器和耳罩式設(shè)備主要使用雙模藍(lán)牙。但考慮到較小型入耳式設(shè)備（如助聽器和耳塞）的電池壽命有限，純BLE音頻解決方案預(yù)計(jì)將在此領(lǐng)域占據(jù)一席之地，然后逐漸向耳罩式耳機(jī)等較大型設(shè)備遷移。

電子貨架標(biāo)簽（ESL）是BLE領(lǐng)域中備受關(guān)注且持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用之一。由于新冠疫情期間出現(xiàn)的供應(yīng)鏈問題，再加上最近的通貨膨脹，受這些因素的影響，產(chǎn)品價(jià)格幾乎每天都在變化。與手動(dòng)更改紙質(zhì)標(biāo)簽上的價(jià)格相比，ESL可以快速、輕松地完成價(jià)格更新工作。ESL設(shè)備由紐扣電池供電，預(yù)計(jì)可使用數(shù)年才需要更換電池。但這種情況只發(fā)生在電子標(biāo)簽大部分時(shí)候關(guān)閉，僅在定期變更價(jià)格時(shí)才喚醒的情況下。BLE新引入了“有回應(yīng)的定期廣告”（PAwR）特性，該特性支持與數(shù)千個(gè)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向、高能效通信。

低功耗藍(lán)牙技術(shù)，未來可期

BLE的新特性和新功能還在持續(xù)開發(fā)中，比如信道探測(cè)，或者說高精度距離測(cè)量（HADM），這一特性主要用于支持具有更高精度/定位水平的定位系統(tǒng)。未來的BLE規(guī)范將支持高達(dá)8Mbps的更高數(shù)據(jù)吞吐量，并支持在更高的頻段（5-6GHz）中工作。

無論單獨(dú)使用BLE，還是與其他無線協(xié)議結(jié)合使用，無線SoC設(shè)計(jì)都需要針對(duì)獨(dú)特的PPA要求進(jìn)行優(yōu)化。許多終端應(yīng)用的功耗和空間受限，因此BLE是非常適合的選擇。無線IP在其中發(fā)揮著重要作用。雖然可以選擇自行開發(fā)IP，但這需要專業(yè)知識(shí)和時(shí)間，會(huì)增加成本和風(fēng)險(xiǎn)。目前，大多數(shù)芯片供應(yīng)商已通過授權(quán)多個(gè)IP模塊來構(gòu)建自己的SoC，BLE則可以輕松融入。

經(jīng)驗(yàn)證的RFPHY和控制器IP可以支持無線連接的低功耗和安全要求。使用符合標(biāo)準(zhǔn)的IP可以降低集成風(fēng)險(xiǎn)，幫助加快無線設(shè)計(jì)SoC的上市速度。新思科技提供了廣泛多樣的IP核組合，其中包括經(jīng)藍(lán)牙認(rèn)證的RFPHYs和鏈路層控制器。這款產(chǎn)品優(yōu)化了PPA并支持最新的BLE增強(qiáng)功能，包括PAwR和即將推出的信道探測(cè)特性。此外，該IP還符合Zigbee、Thread和Matter規(guī)范。

結(jié)語

低功耗藍(lán)牙技術(shù)擺脫了線纜的束縛, 讓人們以更多元化的方式建立聯(lián)系。無線協(xié)議在不斷進(jìn)步，未來低功耗藍(lán)牙技術(shù)將以更多創(chuàng)新的方式豐富我們的生活。

審核編輯：湯梓紅