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作者：Abhishek Gupta & Imran Mohammed，賽普拉斯半導體公司 導言 藍牙技術憑借其普遍性與簡潔性改變了設備之間的無線通信。設備可通過藍牙進行高度安全的無線通信。由于其功耗與成本較低，藍牙在從高速汽車設備到復雜醫療設備等應用領域的發展過程中發揮著至關重要的作用。 藍牙的便捷性以及全球認可度，使任何支持藍牙的設備都能通過配對流程與鄰近的其他設備連接。配對后的設備可建立全雙工通信，通過被稱為“微微網”的短程專用網絡傳輸數據和語音。微微網最多可連接八臺設備，其中一臺設備作為主設備，其他設備作為網絡/微微網內的從屬設備。主設備作為集線器，從屬設備通過主設備互相通信。藍牙技術的另一大重要特征，就是使用跳頻來減少干擾的影響。 藍牙技術全雙工通信能力為用戶提供了諸多創新功能，比如連接手機與藍牙音箱、開車時的免提電話、兩臺筆記本電腦之間共享文件以及連接游戲機與支持藍牙的游戲控制器等。 低功耗藍牙： 低功耗藍牙是一種智能、低功耗的藍牙無線技術。這項技術通過縮小智能設備的尺寸、降低其價格與復雜性進一步提高了其智能化程度。 低功耗藍牙，也可稱其為智能藍牙，一開始是藍牙4.0核心規格的一部分。在被藍牙技術聯盟采納前，它是由諾基亞所設計的一項短距離無線通訊技術，其最初的目標是提供功耗最低的無線標準，并且專門在低成本、低帶寬、低功耗與低復雜性方面進行了優化。這些設計目標在核心規格中得以顯現：低功耗藍牙正努力成為一項專為半導體制造商以及低功耗、低成本實際應用所設計的低功耗標準。目前，低功耗藍牙技術已被廣泛使用，并且只需一粒紐扣電池就能運行很長時間。 雖然低功耗藍牙本身是一項卓越的技術，而真正令其被廣泛采納的原因，是這項技術在恰當的時間作出了適當的妥協。 雖然是一項相對新的標準，但已經加入低功耗藍牙技術的產品設計數量已遠遠超過其他無線技術在相同階段時的產品數量。 傳統藍牙所面臨的挑戰是電池的快速耗盡以及連接斷開次數頻繁，因此需要進行頻繁的重復配對。低功耗藍牙成功地解決了這些問題，而這也是這項技術能夠得到快速發展的原因之一。而智能手機、平板電腦與移動計算機設備的飛速發展進一步推動了這項技術的普及。移動行業巨頭提前積極采納低功耗藍牙更為這項技術的普及開辟了道路，這轉而促使半導體制造商將其有限的資源投入到這項他們認為最有可能長期蓬勃發展的技術。 隨著移動設備和平板電腦市場越加成熟，外界與這些設備之間的連接需求創造了巨大的增長潛力。這是外圍設備供應商開發創新設備，解決消費者甚至在當前還沒有意識到的問題的絕佳機會。因此，低功耗藍牙集聚了諸多優勢，為靈活的小型產品設計者創造了憑借相對較低的設計預算，以特定功能、富有創意和創新的產品進入大市場的機會。低功耗藍牙還使這些開發者能夠在今天使用易于獲取的芯片、工具和標準設計出與任何先進移動平臺進行通信的產品。 特性 1. 最低功耗 從外形設計到使用方式，一切皆以最低功耗為設計目標。為了減少功耗，低功耗藍牙設備大部分時間會處于睡眠模式。當活動發生時，設備會自動被喚醒并且向網關、個人電腦或智能手機發送一則短訊。最大/峰值功耗不超過15毫安，平均功耗約為1微安。使用時的功耗被降低到傳統藍牙的十分之一。在使用較少的應用中，一粒紐扣電池就能維持5至10年的穩定運行。 2. 高成本效益與兼容性 為了兼容傳統藍牙技術并實現小型電池供電設備的成本效益，有兩種芯片組可供選擇： • 具備低功耗藍牙技術與傳統藍牙功能的雙模技術。 • 以低成本與低功耗為主的專為小型電池供電設備優化的純低功耗藍牙技術 3. 穩定性、安全性與可靠性 低功耗藍牙技術使用與傳統藍牙技術相同的自適應跳頻 (AFH) 技術，因而能確保低功耗藍牙能夠在住宅、工業與醫療應用中的“嘈雜”射頻環境中維持穩定的傳輸。為了最大程度地減少使用AFH的成本與功耗，低功耗藍牙技術已將通道數量從傳統藍牙技術的79個1兆赫茲寬通道減少至40個2兆赫茲的寬通道。 4. 無線共存 藍牙技術、無線LAN、IEEE 802.15.4/無線個域網以及許多專有的無線電均使用無需認證許可的2.4千兆赫工業科學醫療（ISM）頻帶。由于共享這一無線電波空間的技術過多，因此無線性能會因干擾所引發的錯誤修正與重復傳送而下降（例如延遲時間增加和吞吐量減少等）。在要求嚴格的應用中，可通過頻率規劃與特殊的天線設計減少干擾。由于傳統藍牙與低功耗藍牙均使用AFH這項可以最大程度減少其他無線電技術干擾的技術，因此藍牙傳輸具有出色的穩定性與可靠性。 5. 連接范圍 低功耗藍牙技術的調制與傳統藍牙技術略有不同。這一不同的調制以10毫瓦分貝的無線芯片組（低功耗藍牙最大功率）實現了高達300米的連接范圍。 6. 易用性和集成性 低功耗藍牙微微網一般基于一臺與多臺從設備連接的主設備。微微網中，所有設備要么是主設備，要么是從設備，但無法同時當主設備和從設備。主設備控制從屬設備的通信頻率，而從屬設備只能根據主設備的要求進行通信。相比傳統藍牙技術，低功耗藍牙技術所增加的一項新功能就是“廣播”功能。通過這項功能，從設備可以告知其需要向主設備發送數據。廣播消息還包括活動或測量值。 技術細節 • 數據傳輸 – 低功耗藍牙支持以1Mbps速度傳輸的極小數據包（8個八位字節到27個八位字節）。所有連接使用高級低耗電監聽模式，從而實現超低工作周期，將功耗降至最低。 • 跳頻 – 低功耗藍牙使用藍牙技術通用的自適應跳頻技術將2.4千兆赫ISM頻帶內的其他技術干擾減至最小。高效的多路徑優勢增加了鏈路預算和有效的運行范圍，同時也優化了功耗。 • 主機控制 – 低功耗藍牙具有極具智能化的控制功能。主機可以長時間處于睡眠模式，并且只在主機需要執行時才會被控制器喚醒。由于主機處理器的功耗一般高于低功耗藍牙控制器，因而實現了最大程度的節能。 • 時延 – 低功耗藍牙支持3毫秒內的連接設置與數據傳輸。因此，在短時突發通信中，應用可以在數毫秒內建立連接并且傳輸經過驗證的數據，然后迅速斷開連接。 • 距離 – 調制指數的增加使低功耗藍牙的最大距離達到100米以上。 • 穩定性 – 低功耗藍牙在所有數據包上使用強大的24位 CRC保證最佳的抗干擾能力。 • 強大的網絡安全性 – 使用CCM的完整 AES-128加密技術提供強大的數據包加密與驗證，確保通信的安全。 • 拓撲結構 – BLE在從屬設備的每個數據包上使用 32位訪問地址，從而可以連接數十億臺設備。這一技術專為一對一連接而優化，同時在一對多連接時將使用星型拓撲結構。 傳統藍牙與低功耗藍牙之間的比較
應用 正因為幾乎所有便攜設備都支持BLE，其完全可以運用到各種行業的各種新應用里。比如在展會上，BLE將可以在以下方面幫助公司更有效地贏得新客戶： 游戲– 通過獎勵展會觀眾利用低功耗藍牙技術找到安放在某些位置的Beacon，參展方可以吸引到這些觀眾主動走到那些受到冷遇的領域。 贊助 – 通過Beacon向參展觀眾推送通知鼓勵他們在經過展會特定區域時查看附近展位，這可以為向贊助商提供的一項高級服務，從而實現額外收入。 熱圖 – Beacon可以獲取實時統計數據，識別熱點并且通知活動管理者人數過多從而可能產生安全隱患的地點。 內容發布 – 參會者無需再等待通過電子郵件獲取會議幻燈片。BLE Beacon信標可以與會者并且在會議期間或結束后立即自動發送幻燈片、電子書和其他材料。 自動簽到 - 活動組織者在會場入口設置模擬簽到的Beacon，就可以輕松獲得有關活動或展會參加人數的信息并且實時查看他們的個人檔案。使用者無需在場。如果用戶下載該應用并且在其移動設備上啟動藍牙功能，則該應用會在用戶走進會場時立刻進行自動簽到。 低功耗藍牙已有了一個成熟的生態圈。開發者已經可以獲得各種能夠加快BLE設備硬件與軟件開發速度的芯片與模塊。比如，賽普拉斯的ARM Cortex-M0 PSoC 4 低功耗藍牙處理器是集成了模擬前端、數字邏輯、CapSense、以及BLE射頻的單片式低功耗藍牙芯片。而喜歡全集成模塊的OEM則可以選擇Cypress EZ-BLE PRoC模塊。該模塊基于賽普拉斯的PRoC BLE芯片開發，包含兩個晶振、芯片天線、外殼和無源組件，尺寸僅為10 x 10 x 1.8毫米，使用簡單且上市時間短，是一款經過認證的可編程低功耗藍牙模塊。 更多有關如何使用低功耗藍牙進行設計的詳細信息，敬請訪問： |
