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詳解藍牙子產品的分類

作者:Sharemaker

摘要:藍牙子產品,是一種內建藍牙功能的PCBA闆,用于短距離無線通訊,藍牙子產品将晶片和外圍硬體電路內建到一個PCB上,開發出所需的内置程式實作藍牙功能的裝置。可以通過相關接口和MCU控制裝置進行資料傳輸、可實作藍牙标準通信群組網。本文從藍牙子產品的不同的分類方式上去梳理藍牙子產品的類型,盡量的從分類方式的角度去了解藍牙子產品所具備一些特性和功能。

一、按照協定類型分

(1)經典藍牙子產品

經典藍牙子產品(BT)泛指支援藍牙協定4.0以下的子產品,可以細分為:傳統藍牙子產品和高速藍牙子產品。

傳統藍牙子產品:藍牙誕生之初,使用的是BR基本速率技術,此時藍牙的理論傳輸速率,隻能達到721.2Kbps,在2004年推出支援藍牙2.0協定的子產品,在智能手機時代爆發,新增EDR藍牙增強速率(Enhanced Data Rate)技術,通過提高多任務處理和多種藍牙裝置同時運作的能力,使得藍牙裝置的傳輸率可達 3Mbps,是藍牙1.2技術傳輸速率的三倍。是以除了可獲得更穩定的音頻流傳送和更低的耗電量之外,還可充分利用帶寬優勢同時連接配接多個藍牙裝置。

高速藍牙子產品:高速藍牙子產品在2009年推出,主要代表是支援藍牙3.0協定的子產品,新增了High Speed技術,可以使藍牙調用802.11 WiFi用于實作高速資料傳輸,傳輸率高達24Mbps,是傳統藍牙子產品的8倍。

經典藍牙子產品一般用于連續流式傳輸音頻和資料量比較大的傳輸,如:語音、音樂、無線耳機、裝置間檔案傳輸、列印機、無線音箱等。

(2)低功耗藍牙子產品

低功耗藍牙子產品(BLE)指支援2010年推出藍牙協定4.0或更高的子產品,最大的特點是成本和功耗的降低。藍牙低功耗技術采用可變連接配接時間間隔,這個間隔根據具體應用可以設定為幾毫秒到幾秒不等。BLE技術采用非常快速的連接配接方式,是以可以處于“非連接配接”狀态(節省能源),此時鍊路兩端隻有在必要時才開啟鍊路,然後在盡可能短的時間内關閉鍊路。

低功耗藍牙應用于實時性要求比較高,但是低速率,低功耗的場景,如滑鼠鍵盤、心率檢測器和溫度計等傳感器裝置、智能家居、智能穿戴這類不需要大資料量互動的場景中,非常适合物聯網應用。

綜上所述,經典藍牙并不是BLE的過時版本,經典藍牙和低功耗藍牙共存并用于不同的應用,這完全取決于每個人的不同需求。

二、按照對協定的支援分

按照對藍牙協定棧支援的數量可以分為單模子產品和雙模子產品。單模和雙模的概念是在BLE藍牙出現之後才有的,我們應該根據成本、應用程式和功能選擇需要的子產品。

(1)單模子產品

單模子產品就是指支援藍牙某一種協定的子產品,僅支援經典藍牙(BT)協定或者低功耗藍牙(BLE)協定。

(2)雙模子產品

雙模式子產品是指同時支援經典藍牙(BT)協定和低功耗藍牙(BLE)協定的子產品,可以運作兩套協定堆棧。雙模子產品有兩類:經典藍牙(僅限資料)+ BLE和經典藍牙(資料+音頻)+ BLE。是以雙模子產品具有很好的靈活性和相容性。

藍牙雙模無疑是未來的主流。經典藍牙功耗較大,4.0以後的藍牙BLE功耗小,但不支援音頻協定及受資料傳輸速度限制,藍牙雙模則是綜合了兩者的優缺點,既可以支援音頻傳輸,同樣可支援資料傳輸,功耗低,并且相容性也是兩者之和。

三、按照功能分

站在藍牙子產品傳輸内容大小的功能角度來說,可以分為以下幾種。

(1)資料子產品

一般使用比較多的是資料子產品,也就是低功耗藍牙,也叫透傳藍牙子產品。對于資料量不大,傳輸近距離,運作和待機功耗有嚴格要求的裝置來說是一個很好的選擇,由于功耗方面的優勢,4.0藍牙子產品目前已占據移動資料傳輸大部分份額,并且規模和份額還有望繼續成長。

(2)音頻子產品

而音頻子產品就需要非常大碼流的資料傳輸,是以比較适合經典的藍牙子產品。

(3)資料和音頻複合子產品

可以同時實作語音、音頻、資料的傳輸,在移動互聯,資料+音頻應用的大趨勢下,資料和音頻複合的雙模子產品是一個很好的選擇。

四、按照晶片設計分

這是根據子產品中藍牙晶片使用的存儲類型來區分的。

(1)ROM版本

一般是晶片廠家的ROM版晶片,特點是晶片廠家将标準的應用PROFILES 固化在晶片中,一般是固定功能的,使用者無法對晶片内程式進行修改。可外接EEPROM,存儲空間較小,可用于存放藍牙位址、裝置名稱、PIN 碼等。

使用ROM版本晶片做的産品差異化較少,但是開發簡單,對于一些正常産品,不需要深度定制化的産品,選用ROM版本晶片可以開發進度,加快産品上市時間。适合大規模的批量生産,價格很低,比較常見的是用于dongle、藍牙耳機子產品、手機子產品、滑鼠鍵盤子產品等,可以修改配置參數,但基本功能是固定的。大規模民用産品一般選用ROM版子產品,如市場上的USB藍牙擴充卡,由于大部分協定會運作在PC内部,對晶片處理能力要求很低,是以晶片廠家會推出價格很低的産品。

(2)FLASH版本

晶片一般内置FLASH,存儲空間較大,如果要做一些客戶自定義的産品,比如需要增加一些傳感器、與外部MCU進行通信,增加藍牙協定或服務,則需要使用FLASH版本,客戶可在FLASH版本晶片的已有工程上添加自己的工程代碼,開發自己的固件,做出差異化的産品,相對來說靈活性高一些。

FLASH版本的晶片價格高,但使用者可以按自已的應用需求進行,由于晶片内置了FLASH存儲,其各性能表現出色,同時内置了音頻編解碼電路,适合各種語音網關等應用。工業藍牙應用一般應采用FLASH版本的晶片生産的子產品,運作速度快,具備高內建度、高可靠性、高性能名額等特點。

(3)EXT版本

EXT子產品采用的晶片沒有FLASH存儲,需外擴存儲器件,使用者可以進行應用開發,特點是價格适中,不足是穩定性、功耗等性能差異大,同時大部分EXT晶片沒有音頻解碼電路,如需實作音頻傳輸需外接編解碼器件。

五、按照功率分

針對功率來說,低功耗藍牙和經典藍牙又有差別。

低功耗藍牙沒有功率的級别,傳輸距離可超過100m,5.0協定的距離甚至可達300m,具體距離看産品的設計功率。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10mwdb的無線晶片組(低功耗藍牙最大功率)實作最遠300m的連接配接範圍,也就是說整個家居及樓宇範圍都能覆寫,實作更加穩健且可靠的連接配接。

經典藍牙有3個級别的功率,用Class表示,按照藍牙規範的規定,Class并不用來規定距離的,而是标明發射功率。藍牙子產品發射功率參數确定後,實際發射效率與射頻電路、天線效率相關,藍牙子產品的通訊距離與發射功率、接收靈敏度及應用環境密切相關,藍牙工作在2.4G頻段,穿透能力較差,在有遮擋的情況下,應在實際現場測試通訊效果。功率控制的目的是将輻射控制在限制範圍内,而不會幹擾相鄰藍牙裝置的正常工作,使用鍊路管理協定來實作主從裝置之間的功率控制算法。

(1)Class 1

Class 1輸出功率為1mW (0dBm)~100mW (20dBm),支援100m傳輸距離,為達到最大範圍,功率控制是強制。Class 1是用在大功率,遠距離的藍牙産品上,但因成本高和耗電量大,不适合作個人通訊産品之用(手機、藍牙耳機、藍牙Dongle等等),故多用在遠距離傳輸上。

遠距離傳輸一般很少人會用到,但如果想要遠距離傳輸音頻,遠距離連接配接音響,更常見是在一些大型會場、舞台、工業場景,用支援Class 1的藍牙擴充卡是最好的解決方案。

(2)Class 2

Class 2輸出功率為0.25mW (-6dBm)~2.5mW (4dBm),功率控制可選,正常情況下1mW(0dBm)支援10m傳輸距離,隻要發射功率能超過0dBm就是屬于Class 2的範圍,但是如果超過4dBm的話,那就是Class 1。

現在市面上常見的藍牙裝置大多是功耗Class 2,多用于手機内、藍牙耳機、藍牙Dongle 的個人通訊産品上,耗電量和體積較小,同時友善攜帶。

(3)Class 3

Class 3輸出功率為≤ 1mW (0dBm),支援1m傳輸距離。輸出功率最低,Class 3類裝置由于其覆寫距離非常有限,是以不常見。

六、按照支援的溫度分

(1)商業級

溫度範圍約為0℃~70℃。一般用在普通的民用産品中,在生活中較為常見且價格較低便宜。适用于環境條件(如溫度、EMC和機械應力)處于輕度至中等水準的消費産品應用。如各種消費類的電子産品,智能家電,娛樂裝置、移動計算、相機、顯示器、路由器和測試裝置等。

(2)工業級

溫度範圍約為-40℃~85℃。一般用在工業環境中,同時也能夠在環境不太好的室外或者有幹擾的情況下運作。與商業級産品相比,工業級産品可以承受更極端的環境,适合、預期或要求用于工業用途的類型或品質,例如在運輸、工廠自動化、高沖擊和振動的環境。

(3)汽車級

溫度範圍約為-40℃~125℃。一般用在車載或惡劣環境中,由于汽車在啟動過程中,會産生很高的熱量,是以在高溫方面,會比工業級高一些,在價格上也會比工業級貴一些,其可能會受到高水準的EMI、碰撞、沖擊和振動以及極端溫度的影響。是以該類型産品專為汽車、交通運輸和其它關鍵任務應用而設計,符合行業标準汽車規範。

(4)軍工級

溫度範圍約為-55℃~150℃。一般用在軍方的裝置中,是以對其要求也是最嚴格的,主要使用在飛彈、飛機、坦克、航母等軍工領域,檔次是最先進的,精密度高,工藝先進同時價格也很昂貴,軍工級一般要比工業級領先數年時間。

總結

通過上述對藍牙子產品的不同分類方式的梳理,不僅可以了解到一些藍牙的基礎知識,也可以從不同分類方式的角度在藍牙子產品的選型上提供一些思路。最後整篇文章濃縮為下面一張藍牙子產品分類的思維導圖。

詳解藍牙子產品的分類

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