藍牙低能耗技術內幕

作者：時間：2011-04-08 來源：網絡

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藍牙低能耗技術“完成”一次連接(即掃描其它設備、建立鏈路、發(fā)送數據、認證和適當地結束)只需3ms。而標準藍牙技術完成相同的連接周期需要數百毫秒。再次提醒，無線開啟時間越長，消耗的電池能量就越多。

藍牙低能耗技術還能通過兩種其它方式限制峰值功耗：采用更加“寬松的”射頻參數以及發(fā)送很短的數據包。兩種技術都使用高斯頻移鍵控(GFSK)調制，但藍牙低能耗技術使用的調制指數是0.5，而標準藍牙技術是0.35。0.5的指數接近高斯最小頻移鍵控(GMSK)方案，可以降低無線設備的功耗要求(這方面的原因比較復雜，本文暫不贅述)。更低調制指數還有兩個好處，即提高覆蓋范圍和增強魯棒性。

標準藍牙技術使用的數據包長度較長。在發(fā)送這些較長的數據包時，無線設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，進而改變傳送頻率(中斷鏈路)，除非頻繁地對無線設備進行再次校準。再次校準將消耗更多的功率(并且要求閉環(huán)架構，使得無線設備更加復雜，從而推高設備價格)。

相反，藍牙低能耗技術使用非常短的數據包——這能使硅片保持在低溫狀態(tài)。因此，藍牙低能耗收發(fā)器不需要較耗能的再次校準和閉環(huán)架構。

擴展藍牙生態(tài)系統(tǒng)

藍牙低能耗技術設計非常適合由于嚴格的功耗限制而無法使用標準藍牙技術的應用場合。這是第一次向電子設計師提供具有嚴格互操作性的ULP無線技術，有望帶來數百種新的應用。

一些早期的應用跡象也許是，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)試圖通過發(fā)布首批配置(profile)進一步補充藍牙版本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備(如手表)、遙控器、距離感應告警儀、電池狀態(tài)和心率監(jiān)視器等一些應用優(yōu)化了藍牙低能耗通用芯片。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：藍牙核心規(guī)范版本4.0定義了藍牙低能耗技術的架構。相應配置即將推出。

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

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

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

藍牙低能耗傳感器的低成本和低維護量(因為電池不需要頻繁更換)將鼓勵在公共場所的廣泛使用。一種關鍵應用是室內定位(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。裝備了藍牙低能耗技術的手機在這個范圍內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：布置在機場候機樓周圍的藍牙低能耗傳感器能夠持續(xù)廣播各自的位置信息，在這個范圍內經過的手機隨之就可以顯示這些信息。

最后步驟

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

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

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