隨著無線耳機的盛行,人們在追求便捷的同時也推動了藍牙市場的發展。全球已有35000多家公司加入了藍牙技術聯盟(SIG),比2015年的成員數增加了四分之一。ABI Research預計2020年的藍牙設備出貨量將達到46億,并在5年內以8%的復合增長率穩步上升,2024年的藍牙設備出貨量將高至62億。
而BLE模式也將成為藍牙技術的新市場標準,預計2024年出貨的所有平臺設備都將支持經典和BLE雙模式。音頻串流、數據傳輸、定位服務和設備網絡也將成為四大增長迅速的應用場景。市場擴張的同時,藍牙技術的創新也沒有停滯。
藍牙5.1公布的一年后,SIG又在今年一月公布了最新的藍牙標準——藍牙5.2,在該標準的核心規范中,SIG也提供了不少新的應用場景。比如通過一部智能手機給多部藍牙耳機共享音頻,為影院觀眾提供藍牙助聽,航班以不同語言向乘客播報乘務信息等。而這些場景的實現則離不開藍牙5.2的四大特性:增強屬性協議(EATT),LE功耗控制,LE同步信道和LE音頻。
EATT改變了順序處理的模型,讓支持EATT的不同設備可以實現并發ATT處理。而L2CAP協議層里加入一個新模式,并由EATT調用。這個全新的L2CAP模式提供了流量控制,提高了EATT的可靠性。ATT層和L2CAP層的MTU值都可以獨立配置,而不再是固定值,因此當多個應用共享該協議棧時能夠減小延遲。
以往藍牙BR/EDR的模式中已經有了功率控制的能力,但之前的5.1標準中,卻沒有為藍牙LE定義該功能。藍牙設備在傳輸數據時,發射端會以特定的功率等級發射信號,該功率等級被稱為TxPower,單位為dBm。而高TxPower的設備功耗也會增加。除此之外,接收端收到的信號電平也小于發射端的原始電平,也就是下圖所示的路徑損耗。
而LEPC可以讓藍牙LE設備通過動態優化傳輸功率等級來實現功耗管理。通過監控接收端的信號強度,請求發射端改變發射功率,以求達到最合適的狀態,在保證信號穩定的情況下減少功耗。LEPC可以使主機定義2到3個路徑損耗空間,低、中和高(可選),控制器會通過新的HCI事件通知主機路徑損耗的變化。
LE同步信道是有一種讓BLE傳輸有時限數據的新方式,它可以保證從同源接收數據的多個設備,都能同時將數據渲染出來。而過期的數據則會被丟棄,這意味著接收設備只會收到延遲在接受范圍內的數據。這一特色主要用于音頻產品和系統中,比如個人音頻分享,公共助聽,公共電視和多語種播報等。
LE Audio有四大優勢:低功耗的音頻、多音頻串流、音頻分享和提升的音質。其中前面三項是由LEPC和LE同步信道所賦予的,而最后一項則歸功于全新的音頻編解碼器LC3。LC3是一種高質量低功耗的音頻編解碼器,能為開發者對音質和功耗做出更合適的平衡。測試結果表明,即便處于降低了50%的比特率下,LC3也有著比SBC更好的音質,這樣在保證同樣壽命下,可以使用更小的電池。
SIG在年初早早公布了這一標準后,那么至今又有哪些廠商有研發了針對該標準的成品呢?我們不妨來看看一些支持藍牙5.2的SoC以及IP方案。
nRF5340是Nordic Semiconductor推出旗艦芯片之一,專門用于低功耗短距離的無線傳輸。nRF5340也是世界上第一個采用了兩個Arm? Cortex?-M33處理器的無線SoC,它的應用處理器頻率可至64Mhz或128MHz,網絡處理器頻率為64MHz。它匯聚了nRF52系列的諸多特色,比如藍牙測向、高速SPI、QSPI、USB和高達105℃的工作溫度等,其發射功率可以-20到+3dBm之間配置,0dBm下TX工作電流為3.2mA,RX的工作電流為2.6mA。
nRF5340結構圖
Silicon Labs EFR32BG22
EFR32BG22系列是Silicon Labs推出的藍牙5.2 SoC解決方案,屬于Wireless Gecko Series 2平臺。該系列采用了一個高性能的32位76.8MHz ARM Cortex?-M33,不僅支持AoA和AoD等測向功能,也支持藍牙mesh的低功耗模式。其發射功率范圍在-28到+6 dBm之間,0dBm下TX工作電流為4.1mA,RX的工作電流為3.6mA。
EFR32BG22結構圖
Qualcomm QCC5144
QCC5144是高通專為藍牙音頻設備打造的高端芯片,不僅配有高至80MHz的雙核處理器,還配備了高通自己的雙核Kalimba DSP音頻子系統。同時,該芯片內置了極低功耗的數字主動降噪技術,消除了外接ANC方案多出的成本和PCB空間。與以前的單芯片藍牙方案相比,該芯片將語音通話和音樂串流的功耗降低了65%,工作電流低于5mA。
QCC5144結構圖
CEVA RivierWaves
該方案支持5.2 BLE的所有特性,包括同步信道等,還有測向(AoA/AoD),2Mbps,長距離,傳輸擴展,信道選擇等功能。同時它還支持高級的主從拓撲。這款IP解決方案還支持眾多擴展配置:比如心率,血壓,跑步速度,A4WP無線充電等。標準的HCI接口確保了該IP可以用于RivieraWaves藍牙的雙模主機協議棧和配置,同時也支持不少其它藍牙協議棧(和配置),比如BlueDroid,BlueZ,Tempow,OpenSynergy,A&W等。
而有了LE Audio后,該方案支持多音源播放和音頻分享。其硬件基帶控制為Verilog的IP封裝,為了安全性考慮,還內置了AES128的硬件加密引擎,開發者也可以加入額外的加密引擎。軟件棧為C語言的IP封裝,支持L2CAP,ATT,SMP,GAP/GATT等多種協議。
Mindtree EtherMind
Mindtree是SIG承認的藍牙4.x和5.x標準的制定者之一,也推出了自己的EtherMind雙模IP方案,同時支持BR/EDR和LE。除了包含5.2標準的特色之外,該方案也在多次Unplug Fests大會和逾200多款智能手機模型上證明了互用性。EtherMind的移植性也很強,支持8/16/32位的MCU,包括ARM、ARC、OMAP、Blackfin、Xscale和MSP430等,也兼容QNX、Windows CE、Android、FreeRTOS和MQX等操作系統,同時可采用CSR、TI、BCM和ST的藍牙芯片組。其優勢之一就是低內存占用,標準的雙模配置下,RAM占用約為25KB,Flash占用約為240KB。
Imagination IEB110
IEB110是Ensigma Connectivity解決方案的一員,這系列的IP方案專為高性能低功耗的無線標準設計,比如Wi-Fi、藍牙BLE和基于IEEE802.15.4的Zigbee等。IEB110支持AoA/AoD,2M PHY和遠距離傳輸,Tx輸出功率最大可至+6 dBm。專為臺積電40LP制程設計。而且支持流行的開源棧,比如Zephyr,BlueZ和Codrio。該IP方案還擁有大小上的優勢,預布局的芯片面積只有1.36mm2。
上述例子還不是全部的藍牙5.2方案,在SIG的BQB認證庫里,華為海思也有一款產品名列其中,命名為Hi1105C20,而IP大廠Synopsys的DesignWare? IP方案也加入了對藍牙5.2的支持。那我們多久才能看到藍牙5.2的消費產品面世呢?目前處于發售狀態的驍龍765G芯片雖然支持藍牙5.2,卻沒有以此標準連接的設備。在BQB認證庫中,我們還看到了Vivo一款支持藍牙5.2的耳機產品XE W2,其描述中顯示采用了高通的SoC,預計是Vivo的下一款TWS產品。
以此來看,我們得在下半年乃至明年才能看到藍牙5.2的廣泛應用了。在TWS耳機絲毫不減的猛勢下,可以預見這一新的藍牙標準必將收獲遠超前代的普及度。
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