有线和无线通信半导体市场的Broadcom（博通）公司近日宣布，Broadcom新一代蓝牙组合芯片符合已获正式批准的、低能耗版本蓝牙技术规范的要求。由于Broadcom实现了双模式，因此设备制造商能够用单个芯片将这类新的低能耗蓝牙应用扩展到智能手机和其他设备上，同时还能实现多种受欢迎的现有蓝牙功能，从而为新的低能耗版本蓝牙规范在消费类电子产品中获得广泛采用铺平道路。

　　蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用"蓝牙"技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps.采用时分双工传输方案实现全双工传输。

　　蓝牙2.1+EDR/3.0+HS版本与蓝牙低能耗（BLE）技术有许多共同点：它们都是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。

　　不过它们之间有一个重要区别：蓝牙低能耗技术从一开始就设计为超低功耗（ULP）无线技术，而标准蓝牙技术主要是能够构成"低功耗的"无线连接。

　　标准蓝牙技术是一种的无线技术，具有固定的连接时间间隔，因此是移动电话连接无线耳机等高活动连接的理想之选。相反，蓝牙低能耗技术采用可变连接时间间隔，这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。此时链路两端相互间只是知晓对方，只有在必要时才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路。

　　BLE技术的工作模式非常适合用于从微型无线传感器（每半秒交换数据）或使用完全异步通信的遥控器等其它外设传送数据。这些设备发送的数据量非常少（通常几个字节），而且发送次数也很少（例如每秒几次到每分钟，甚至更少）。

　　BLE的两种芯片架构

　　蓝牙低能耗架构共有两种芯片构成：单模芯片和双模芯片。蓝牙单模芯片可以和其它单模芯片及双模芯片通信，此时后者需要使用自身架构中的蓝牙低能耗技术部分进行收发数据（参考图1）。双模芯片也能与标准蓝牙技术及使用传统蓝牙架构的其它双模芯片通信。

　　图1:双模芯片将使用其架构中的蓝牙低能耗部分与单模器件通信。

　　双模芯片可以在目前使用标准蓝牙芯片的任何场合使用。然而，由于这些设备要求执行标准蓝牙和蓝牙低能耗任务，因此双模芯片针对ULP操作的优化程度没有像单模芯片那么高。

　　单模芯片可以用单节钮扣电池工作很长时间。相反，标准蓝牙技术通常要求使用至少两节AAA电池，并且更多情况下多只能工作几天或几周的时间。注意，也有一些高度化的标准蓝牙设备，它们可以使用容量比AAA电池低的电池工作。

　　超低功耗无线技术

　　信息时代的特点便是更加方便快速的信息传播，正是基于这一点，技术人员也在努力开发更加出色的信息数据传输方式。抛开传统连线的束缚，彻底地享受无拘无束的乐趣，蓝牙给予我们的承诺足以让人精神振奋。

　　蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。其程序写在一个9 x 9 mm的微芯片中。

　　无线"开启"的时间只要不是很短就会令电池寿命急剧降低，因此任何必需的发送或接收任务需要很快完成。被蓝牙低能耗技术用来化无线开启时间的个技巧是仅用3个"广告"信道搜索其它设备。相比之下，标准蓝牙技术使用了32个信道。

　　这意味着蓝牙低能耗技术扫描其它设备只需"开启"0.6至1.2ms时间，而标准蓝牙技术需要22.5ms时间来扫描它的32个信道。结果蓝牙低能耗技术定位其它无线设备所需的功耗要比标准蓝牙技术低10至20倍。

　　值得注意的是，使用3个广告信道是某种程度上的妥协：这是在频谱非常拥挤的部分对"开启"时间（对应于功耗）和鲁棒性的一种折衷广告信道越少。不过该规范的设计师对于平衡这种妥协相当有信心--比如，他们选择的广告信道不会与Wi-Fi默认信道发生冲突（见图2）。

　　图2:蓝牙低能耗技术的广告信道是经过慎重选择的，可以避免与Wi-Fi发生冲突。

　　一旦连接成功后，蓝牙低能耗技术就会切换到37个数据信道之一。在短暂的数据传送期间，无线信号将使用标准蓝牙技术倡导的自适应跳频（AFH）技术以伪随机的方式在信道间切换（虽然标准蓝牙技术使用79个数据信道）。

　　要求蓝牙低能耗技术无线开启时间短的另一个原因是它具有1Mbps的原始数据带宽--更大的带宽允许在更短的时间内发送更多的信息。

　　蓝牙低能耗技术连接只需3ms.而标准蓝牙技术完成相同的连接周期需要数百毫秒。再次提醒，无线开启时间越长，消耗的电池能量就越多。

　　蓝牙低能耗技术还能通过两种其它方式限制峰值功耗：采用更加"宽松的"射频参数以及发送很短的数据包。两种技术都使用高斯频移键控（GFSK）调制，但蓝牙低能耗技术使用的调制指数是0.5,而标准蓝牙技术是0.35.0.5的指数接近高斯频移键控（GMSK）方案，可以降低无线设备的功耗要求。更低调制指数还有两个好处，即提高覆盖范围和增强鲁棒性。

　　直接调制是将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。当调频器的调制指数等于0.5,它就是熟知的GMSK（高斯频移键控）调制，因此GMSK调制可以看成是GFSK调制的一个特例。而在有的文献中，称具有不同BT积和调制指数的GFSK调制方式为GMSK/FM,这实际上是注意到了当调制指数不等于0.5时，该方式不能称为GMSK这一事实。

　　GFSK 高斯频移键控 调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后，再进行FSK调制的数字调制方式。它在保持恒定幅度的同时，能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制，具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。因此，GFSK调制解调技术被广泛地应用在移动通信、航空与航海通信等诸多领域中。

　　标准蓝牙技术使用的数据包长度较长。在发送这些较长的数据包时，无线设备必须在相对较高的功耗状态保持更长的时间，从而容易使硅片发热。这种发热将改变材料的物理特性，进而改变传送频率，除非频繁地对无线设备进行再次校准。

　　相反，蓝牙低能耗技术使用非常短的数据包--这能使硅片保持在低温状态。因此，蓝牙低能耗收发器不需要较耗能的再次校准和闭环架构。

　　扩展蓝牙生态系统

　　蓝牙低能耗技术设计非常适合由于严格的功耗限制而无法使用标准蓝牙技术的应用场合。这是次向电子设计师提供具有严格互操作性的ULP无线技术，有望带来数百种新的应用。

　　一些早期的应用迹象也许是，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）试图通过发布首批配置（profile）进一步补充蓝牙版本4.0规范（包括了BLE）：这些配置针对诸如个人用户接口设备（如手表）、遥控器、距离感应告警仪、电池状态和心率监视器等一些应用优化了蓝牙低能耗通用芯片。其它健康和健身监视配置（如血糖仪和血压计、周期性节律仪和周期性奇异电源）将随后推出（见图3）。

　　图3:蓝牙规范版本4.0定义了蓝牙低能耗技术的架构。相应配置即将推出。

　　下面让我们看一下蓝牙低能耗技术是如何在以下两种潜在应用中发挥作用的：距离感应告警和室内定位（有时也称为室内GPS）。

　　手机和便携式PC制造商采用双模芯片是因为这些芯片的价格只比标准蓝牙技术稍高一点，但能提供丰富得多的功能。手机制造商可以借此提供包含手表的安全设备。这种手表将周期性地与手机进行通信，如果手机移到一定的范围之外--因而无法与用户佩戴的手表联系--它将自动锁死，同时手表发出告警。这将防止手机意外丢失，并对任何潜在的小偷起到重要的震慑作用。

　　距离感应告警应用还可以延伸至便携式电脑，当用户移动到一定范围之外时将便携式电脑锁定（也许当靠近的用户按下手表上的某个键时也能解锁）。这种应用还能用作儿童安全设备，当儿童与父母在一定范围内时他们手上的手表能保持正常通信，当儿童跑出设定范围时发出声音告警。

　　蓝牙低能耗传感器的低成本和低维护量（因为电池不需要频繁更换）将鼓励在公共场所的广泛使用。此时将由分布在大型公共建筑（如机场或火车站）周围的传感器不断地广播它们的位置信息。装备了蓝牙低能耗技术的手机在这个范围内通过时就可以向它的主人显示这些位置信息。

　　传感器还可以发送其它信息，如航班起飞时间和登机口、娱乐场所位置或附近商店的特价商品等（见图4）。

　　图4:布置在机场候机楼周围的蓝牙低能耗传感器能够持续广播各自的位置信息，在这个范围内经过的手机随之就可以显示这些信息。

　　步骤

　　有多家芯片供应商已经设计出蓝牙低能耗芯片，并向优选客户提供了样品和开发套件。目前的蓝牙版本4.0规范允许这些公司自己他们的芯片是否满足蓝牙低能耗规范。

　　例如，Nordic公司已可提供蓝牙低能耗芯片？Blue （MicroBlue）的样品，并为重要客户提供？Blue原型套件。？Blue系列中的款产品是nRF8001--这是采用32引脚5x5mm QFN封装的一种单模外设解决方案，集成了完全嵌入式无线电、链路控制器和主机子系统--非常适合手表、传感器和遥控器等应用（见图5）。

　　图5:Nordic半导体的？Blue nRF8001 --一种单模外设解决方案，适合手表、传感器和遥控器等应用--将是市场上首批蓝牙低能耗芯片之一。

　　蓝牙低能耗的一块拼板即将完成。蓝牙技术联盟表示批配置--比如距离感应告警--将在数月内开始推出。这意味着电子设计师能在今年年底前拿到完全过的芯片开始实际产品开发。

　　一旦经过完全的芯片上市，将有一大批蓝牙低能耗产品面世。据Analyst IMS估计，到2013年，每年将售出10亿台蓝牙低能耗设备，这个数量体现了目前为止无线技术的快普及速度。