加快低功耗藍(lán)牙技術(shù)的開(kāi)發(fā)

　　電子消費(fèi)品市場(chǎng)正在爭(zhēng)先恐后地推出下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以期贏得客戶(hù)的芳心。從體質(zhì)監(jiān)測(cè)器、 智能門(mén)鎖、燈泡到智能水杯，產(chǎn)品公司在這些新興市場(chǎng)競(jìng)相建立自己的統(tǒng)治地位。如今，這些產(chǎn)品中的大部分都功能相似，差異甚微。除了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與外形上的區(qū)別之外，勝出的產(chǎn)品一般是首先上市的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)此前許多失敗的的眾籌項(xiàng)目的教訓(xùn)，提前宣傳的“霧件”已經(jīng)不再能夠贏得聰明的消費(fèi)者了。

　　當(dāng)務(wù)之急是概念化具有不同功能的新物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，而更重要的是盡快讓這些產(chǎn)品上市。但如果您曾開(kāi)發(fā)過(guò)商業(yè)級(jí)無(wú)線產(chǎn)品，就會(huì)知道推出開(kāi)發(fā)周期短的產(chǎn)品有多困難，尤其是當(dāng)開(kāi)發(fā)者并沒(méi)有處理無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證與監(jiān)管審批的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候，而這些認(rèn)證與審批是在成熟的消費(fèi)市場(chǎng)銷(xiāo)售這些產(chǎn)品的準(zhǔn)入條件。此外，由于第二代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品正在特征、尺寸與電池壽命上產(chǎn)生差異，開(kāi)發(fā)人員就如何整合這些看似矛盾的特征需求正面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

　　標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)認(rèn)證

　　圖 1：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的復(fù)雜認(rèn)證流程

　　無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)十分重要。它們將射頻的功能與具體、確定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格相結(jié)合，工程師可以安心地使用而不必過(guò)于擔(dān)心意外。雖然這使各行業(yè)能夠開(kāi)發(fā)互相通信(通用射頻規(guī)格)和使用通用語(yǔ)言(通用協(xié)議棧)的無(wú)線產(chǎn)品，但隨著而來(lái)的難題是如何讓標(biāo)準(zhǔn)制定者——官方機(jī)構(gòu)，對(duì)這些無(wú)線產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證。

　　低功耗藍(lán)牙(或智能藍(lán)牙) 已成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的普遍無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，這主要是因?yàn)槠浜?jiǎn)單的協(xié)議棧(比傳統(tǒng)藍(lán)牙或WiFi簡(jiǎn)單，但還未達(dá)到非常簡(jiǎn)單的程度)以及為低功耗無(wú)線通信定義的架構(gòu)。制造智能藍(lán)牙產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)人員必須經(jīng)過(guò)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)根據(jù)藍(lán)牙4.x標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)規(guī)格所指定的的產(chǎn)品測(cè)試與認(rèn)證。成功通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟認(rèn)證的產(chǎn)品將得到一個(gè)認(rèn)證識(shí)別碼(QDID)。另外，如果要宣傳終端產(chǎn)品為智能藍(lán)牙產(chǎn)品，則該產(chǎn)品還需要一個(gè)不那么復(fù)雜和昂貴的聲明識(shí)別碼， 這樣才能在產(chǎn)品的包裝盒上加入藍(lán)牙標(biāo)識(shí)。

　　附錄A：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟認(rèn)證測(cè)試與文檔處理流程

　　參考資料： https://www.bluetooth.org/en-us/test-qualification/qualification-overview

　　流程描述

　　1. 創(chuàng)建認(rèn)證項(xiàng)目

　　使用在線測(cè)試方案生成器(TPG)：

　　1. 選擇適用的設(shè)計(jì)產(chǎn)品類(lèi)型(終端產(chǎn)品、子系統(tǒng)、組件、開(kāi)發(fā)工具或測(cè)試設(shè)備)

　　2. 選擇該設(shè)計(jì)所支持的藍(lán)牙規(guī)格特征

　　3. 使用TPG中的自動(dòng)一致性檢查器驗(yàn)證特征的兼容性

　　4. 生成測(cè)試方案流程專(zhuān)家

　　2. 進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試

　　1. 執(zhí)行測(cè)試方案中列出的所有測(cè)試案例

　　2. 生成測(cè)試證明報(bào)告

　　3. 在測(cè)試方案中記錄結(jié)論，完成后便成為測(cè)試聲明測(cè)試要求

　　測(cè)試設(shè)備

　　3. 創(chuàng)建并保存一個(gè)合規(guī)文件夾

　　加入PRD第3.2節(jié)中規(guī)定的所有文檔(例如產(chǎn)品描述、設(shè)計(jì)信息和測(cè)試證明)

　　4. 提交測(cè)試證明

　　上傳測(cè)試聲明與測(cè)試證明報(bào)告

　　附錄 B：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟產(chǎn)品列表與聲明流程

　　參考資料： https://www.bluetooth.org/en-us/test-qualification/qualification-overview

　　步驟流程說(shuō)明

　　1. 購(gòu)買(mǎi)聲明識(shí)別碼

　　價(jià)格視會(huì)員等級(jí)而定 —— 更多信息參見(jiàn)費(fèi)用頁(yè)面

　　會(huì)員概述

　　聲明流程文檔

　　2.創(chuàng)建新的列表

　　使用在線認(rèn)證列表界面(QLI)：

　　1. 引用新項(xiàng)目或正在聲明認(rèn)證設(shè)計(jì)的QDID

　　2. 列出您的產(chǎn)品 搜索列表

　　3. 簽署合規(guī)聲明(DoC)

　　有兩種DoC：

　　新的或已進(jìn)行變更的認(rèn)證設(shè)計(jì)

　　已使用的或已有品牌的認(rèn)證設(shè)計(jì)

　　QLI將根據(jù)您的選擇自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的版本。簽署后的DoC必須添加到新的或進(jìn)行變更的認(rèn)證設(shè)計(jì)的合規(guī)文件夾中(例如Start A)

　　監(jiān)管機(jī)構(gòu)的審批

　　圖2：全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)

　　即使已通過(guò)官方標(biāo)準(zhǔn)并且完全符合規(guī)定的要求，您的工作仍沒(méi)有結(jié)束!現(xiàn)在，您需要獲得各政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，這些機(jī)構(gòu)決定了您是否可以在特定的國(guó)家或地區(qū)出售您的產(chǎn)品。比如在美國(guó)負(fù)責(zé)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)是美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC))FCC監(jiān)管美國(guó)國(guó)內(nèi)50個(gè)州的無(wú)線電、電視、有線、衛(wèi)星與電纜通信。尤其是在無(wú)線通信方面，該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)監(jiān)管設(shè)備發(fā)送/接收無(wú)線電訊號(hào)的頻譜。此外，F(xiàn)CC要求任何釋放射頻能量的設(shè)備必須按照該機(jī)構(gòu)的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。

　　日本總務(wù)省(MIC)

　　歐洲CE 認(rèn)證

　　美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)

　　加拿大工業(yè)部(IC)

　　很多已授權(quán)的公司以此盈利，他們可以幫助您獲得FCC所要求的無(wú)線認(rèn)證。一般情況下，該流程需要進(jìn)行大量、反復(fù)的無(wú)線設(shè)計(jì)與測(cè)試，才能準(zhǔn)備好FCC的要求。 準(zhǔn)備完畢后，您要將您的最終產(chǎn)品提交給FCC進(jìn)行最終測(cè)試與認(rèn)證，整個(gè)過(guò)程需要花費(fèi)8到12個(gè)星期(這是在您運(yùn)氣好且重測(cè)最少的情況下)，而測(cè)試設(shè)備、代理費(fèi)用、測(cè)試與審核費(fèi)用等共計(jì)達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元。如果您想在其他國(guó)家銷(xiāo)售您的產(chǎn)品的話(huà)，您還得再重復(fù)一遍這個(gè)流程，而且加拿大工業(yè)部、韓國(guó)認(rèn)證系統(tǒng)、歐洲CE認(rèn)證等監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求也不盡相同。即便是成功通過(guò)認(rèn)證，您也會(huì)發(fā)現(xiàn)自己原來(lái)希望成為智能互動(dòng)產(chǎn)品的專(zhuān)家，但卻將大量的資源耗費(fèi)在了解和解決錯(cuò)綜復(fù)雜的無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證問(wèn)題。

　　FCC ID

　　FCC-ID是一種適用于最終產(chǎn)品的4至17位唯一識(shí)別碼 。該識(shí)別碼包含兩個(gè)部分：授權(quán)碼和設(shè)備產(chǎn)品代碼。前者是一個(gè)3位字符串，是公司為所有射頻設(shè)備申請(qǐng)授權(quán)所使用的永久性申請(qǐng)代碼;后者是FCC ID的非授權(quán)代碼部分，由1至14位數(shù)字組成。FCC-ID必須永久性直接標(biāo)注在無(wú)線傳輸器或者無(wú)線傳輸器的貼紙或標(biāo)簽上。產(chǎn)品的購(gòu)買(mǎi)者必須能夠清楚地看到FCC ID 。

　　使用已認(rèn)證的模塊加快上市時(shí)間

　　圖3：常見(jiàn)的預(yù)先認(rèn)證智能藍(lán)牙模塊

　　使用已審核和認(rèn)證的模塊是解決這一無(wú)線產(chǎn)品審核與認(rèn)證挑戰(zhàn)的一種常用方法。這些模塊一般來(lái)自于專(zhuān)業(yè)從事此類(lèi)模塊設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的供應(yīng)商，它們?yōu)槟O(shè)計(jì)自己的無(wú)線系統(tǒng)提供了一個(gè)靈活的選擇， 并且確保其能通過(guò)冗長(zhǎng)和昂貴的審核與認(rèn)證過(guò)程。使用這種模塊的一個(gè)缺點(diǎn)是它們的外形與特征有所限制，但需要滿(mǎn)足緊張的時(shí)間計(jì)劃時(shí)，這一點(diǎn)常常被忽略。

　　大體上，模塊一般包含無(wú)線控制器IC、用于正時(shí)的晶振、射頻天線以及匹配網(wǎng)絡(luò)和電源系統(tǒng)所需的電路。除了提供便于使用、可焊接的集成硬件之外，模塊常常還包含無(wú)線IC上的預(yù)裝固件，一般是所支持的無(wú)線協(xié)議棧和一個(gè)能夠與無(wú)線控制器輕松對(duì)接的命令集。

　　模塊幾乎都帶有無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，比如低功耗藍(lán)牙模塊的QDID等。因此，最終產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者可以輕松地參考預(yù)先認(rèn)證的ID，無(wú)需自行通過(guò)認(rèn)證流程。對(duì)于最終產(chǎn)品，仍需要完成產(chǎn)品聲明才能獲得對(duì)應(yīng)的管理標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)與標(biāo)識(shí)(例如藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟SIG)，但此類(lèi)聲明的要求一般比認(rèn)證流程要簡(jiǎn)單得多。部分帶有集成射頻天線(各種類(lèi)型，比如陶瓷天線或板載天線)的模塊包含了附加的監(jiān)管認(rèn)證與審核。預(yù)先認(rèn)證模塊如果帶有FCC ID，則就無(wú)需擔(dān)心您的無(wú)線系統(tǒng)是否能夠通過(guò)FCC嚴(yán)格的測(cè)試。您可能仍需要為最終產(chǎn)品系統(tǒng)中的其他輻射部分取得FCC認(rèn)證，但因?yàn)楫a(chǎn)品主要的無(wú)線子系統(tǒng)已預(yù)先認(rèn)證，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可以為您節(jié)省大量的時(shí)間與金錢(qián)。

　　選擇合適的智能藍(lán)牙(低功耗藍(lán)牙)模塊

　　隨著智能藍(lán)牙日漸成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品低功耗無(wú)線系統(tǒng)的普遍選擇，目前市場(chǎng)上已有多款已預(yù)先通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的模塊可供選擇。這些模塊中的大部分由專(zhuān)門(mén)從事模塊設(shè)計(jì)與制造的公司提供，這些公司采用專(zhuān)業(yè)工藝進(jìn)行無(wú)線設(shè)計(jì)并制造可靠的小外形模塊。雖然知道模塊由專(zhuān)業(yè)公司制造會(huì)對(duì)您有所幫助，但這些公司常常存在支持上的缺陷(或缺少支持)，因此您不得不去其他供應(yīng)商那里解決無(wú)線控制器IC(來(lái)自芯片制造商)或無(wú)線協(xié)議棧(來(lái)自軟件供應(yīng)商)的問(wèn)題。

　　為了幫助開(kāi)發(fā)人員，業(yè)內(nèi)的一些公司目前通過(guò)IC設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)與模塊制造性能提供內(nèi)部端對(duì)端解決方案。比如賽普拉斯半導(dǎo)體公司最近將其大獲成功的觸摸板模塊制造能力擴(kuò)展到無(wú)線模塊領(lǐng)域，而芯科科技(Silicon Labs)則在近期收購(gòu)了一家熱門(mén)的模塊制造商 —— Bluegiga。其他無(wú)線IC供應(yīng)商，比如 CSR 和Dialog Semiconductor等則依靠美國(guó)微芯科技(Microchip)或松下等第三方模塊制造商為其提供預(yù)先認(rèn)證的模塊解決方案。

　　圖4：賽普拉斯半導(dǎo)體公司的高集成EZ-BLE PSoC模塊

　　模塊供應(yīng)商提供差異化產(chǎn)品的另一種方法是將更多特征集成到他們的產(chǎn)品中。最常見(jiàn)的模塊有簡(jiǎn)單的通信模塊，它們依靠的是自帶微控制器的系統(tǒng)，并且通過(guò)UART/SPI/I2C等標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口訪問(wèn)系統(tǒng)，從而管理系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)線通信功能。

　　松下的暢銷(xiāo)產(chǎn)品PAN1740 使用Dialog半導(dǎo)體的無(wú)線控制器IC，并且提供小型(9x9.5x1.8mm)低功耗智能藍(lán)牙模塊，但該模塊的特征集成度較低，只提供最基本的功能。Dialog的無(wú)線控制器IC包含 16MHz ARM? Cortex?-M0 CPU、適用于 UART/I2C/SPI, 42KB SRAM的串行通信接口、適用于智能藍(lán)牙配置文件的32KB OTP(一次性可編程)以及帶有智能藍(lán)牙協(xié)議棧的84KB ROM。

　　隨著行業(yè)趨勢(shì)向小型的最終產(chǎn)品不斷發(fā)展，高特征集成度成為了選擇合適智能藍(lán)牙模塊的關(guān)鍵。芯科科技的BLE113 模塊包含一個(gè)帶8KB SRAM的 8位 8051 CPU以及 應(yīng)用固件與智能藍(lán)牙配置文件的256KB閃存、用于將模擬傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的ADC以及驅(qū)動(dòng)LED或簡(jiǎn)易蜂鳴器的 PWM。為了實(shí)現(xiàn)較高的功能集成，該模塊在尺寸上作出了妥協(xié)( 15.75x9.15x2.1mm)，并且只提供UART接口用于配置和執(zhí)行無(wú)線協(xié)議棧，這使其可配置性也受到了一定的限制。而賽普拉斯半導(dǎo)體的 EZ-BLE PSoC 模塊則很好地平衡了尺寸、功能集成度與可編程性。該模塊的尺寸為11x11x1.8毫米，雖然不是市面上最小的，但單位功能集成度最高。PSoC 4 BLE 集成無(wú)線控制器IC包含帶有多種通信接口(UART/SPI/I2C/I2S)的 48MHz ARM? Cortex?-M0 CPU 以及可編程模擬前端，從而無(wú)需通過(guò)任何外部IC來(lái)連接模擬傳感器 ——該配置滿(mǎn)足了板載傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的常見(jiàn)需求。另外，EZ-BLE PSoC模塊還具有賽普拉斯業(yè)界領(lǐng)先的CapSense?觸摸傳感技術(shù)，使您可以輕松地向終端產(chǎn)品添加復(fù)雜的用戶(hù)界面。正如上文所述，賽普拉斯的模塊還有另一項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：賽普拉斯是業(yè)內(nèi)為數(shù)不多的具備自產(chǎn)MCU與無(wú)線IC、協(xié)議棧軟件以及模塊制造能力的供應(yīng)商之一。

　　所有上述模塊都提供已認(rèn)證的智能藍(lán)牙QDID并且通過(guò)了FC、CE、IC、KC等機(jī)構(gòu)的監(jiān)管審核。它們支持的無(wú)線通信范圍幾乎相同，這是因?yàn)樗鼈儽仨毞纤{(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，工程師可以根據(jù)最終產(chǎn)品的特征與尺寸要求，從多款出色的已通過(guò)認(rèn)證與審核的智能藍(lán)牙模塊中進(jìn)行選擇。通過(guò)使用這些模塊，設(shè)計(jì)師可以節(jié)省8至12周的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和超過(guò)10多萬(wàn)美元的無(wú)線審核與認(rèn)證流程費(fèi)用。