艾尚体育:蓝牙新蓝海芯片厂商如何抢抓机遇

  在科技领域，有些创新震撼世界，而有些则悄无声息地是我们日常生活的一部分。蓝牙技术正是后者的典范。作为一个普遍而又不起眼的技术，自1998年诞生以来，蓝牙凭借极低功耗、低成本和短距离的关键属性，在耳机、键盘、鼠标、智能家居、医疗健康等领域发挥着及其重要的作用，为人们的生活和工作带来了便利。

  尤其是2010年低功耗蓝牙（BLE）技术的出现，再次将蓝牙技术推向了新的发展阶段。BLE与经典蓝牙采用了不同的协议，其绝大多数都是围绕着使用3V纽扣电池供电的物联网设备和传感器而设计的。2014年发布的BT4.2是经典蓝牙的最后一个版本，此后所有蓝牙规范增强功能都是针对BLE进行设计优化的。

  根据ABI Research和蓝牙特别兴趣小组 (SIG) 的数据，2018~2027年BLE技术蒸蒸日上，设备年出货量将以9%的年复合增长率增长，预计2023年出货量将超过50亿台，到2027年出货量将远超 70亿台/年。必须要格外注意的是，平台设备的出货量在这十年间基本持平（平台设备通常是指像 PC、平板电脑和手机这样的“主机”设备）。为了兼容现有的蓝牙外设，这一些平台设备几乎都同时支持传统的蓝牙 BR/EDR和较新的BLE协议。推动BLE增长的主要动力是外围设备的需求，而且以“纯 BLE”设备为主，主要是受其低功耗特性和慢慢地加强的功能集所驱动。BLE设备大多由电池供电，电池使用寿命可能长达10年。

  BLE设备的蓬勃发展，得益于持续不断的发展的蓝牙标准。蓝牙社区的各个工作组始终致力于定义和开发新的BLE功能，他们每1.5至2年更新一版蓝牙标准，每次都会带来3至4项新功能。下图显示了从2016年的BT5.0到未来3-4年计划增强的各种蓝牙标准，其中一些已经被业界认为是很重要的。例如，信道探测或高精度距离测量（HADM），该标准预计将于2024年发布，可提供更高精度/定位的定位系统；更高的数据吞吐量，最高可达8Mbps；更高的频段（5-6GHz）运作，这将缓解目前 2.4GHz 频段的无线拥塞情况并改善延迟。这些新功能将使BLE在诸多新兴领域释放潜力。

  汽车是推动BLE增长的一大新兴市场。此前，蓝牙在汽车领域的应用已经很广泛，包括免提电话、手机联系人同步、音乐传输、GPS 导航、诊断、云连接、密钥卡等。然而， BLE 在汽车领域的潜力还远不止这些。

  随着汽车迈向电动化、智能化和网联化，所使用的电子设备数量激增，汽车内外部对无线通信的需求也随之增加。车载通信应用很适合使用BLE，因为无线信号需要传输的距离较短，而BLE的传输距离大约10米到100米之间。举例来说，过去基于CAN接入的传感器或电磁阀/执行器所需的电缆和连接器，现在能够最终靠使用专用的BLE无线链来实现，这不仅减轻了重量，降低了成本，还消除了传统连接器的可靠性问题。

  车辆中还有两个更受欢迎的监控系统——胎压监测系统（TPMS）和电源管理系统（BMS）——也正在向BLE迁移。

  过去，TPMS采用低频专有无线协议，现在随着TPMS系统变得更复杂，不仅要测量胎压，还要监测温度、振动甚至胎面磨损，以更好地指示何时要维护或更换以防轮胎故障。2023年，蓝牙5.4规范中发布了带响应的周期性广播（PAwR）增强功能，这有助于提高TPMS系统的可靠性并延长电池寿命。

  BMS是一个相对较新的BLE应用案例，但重要性日益提升。电动车的电池包中有5000至9000个单独的电池单元，这些单元组合在整个电动车电池包的几十个模块中。为了有效管理电池单元，必须单独监控每个模块，并配备各自的充电控制器，以确保电池单元的正确运行、*容量、寿命和电池保护/安全。要进行的监控工作包括：1）需要监测电流和电压，以确保电池单元在安全操作区域（SOA）内运行；2）需要测量温度和当前充电速率，以确定电池单元的健康状态（SOH）。3）因为电池单元的充放电速率不同，所以要监控电池单元的充电状态（SOC），以确保充电电流流向最要充电的电池单元，同时避免已充满的电池单元过度充电，这称为“电池均衡”。如果继续采用传统的电线来链接所有这些单独的充电控制器/传感器会变得很繁琐。为了简化布线的难题，BMS供应商现在正在设计基于BLE的控制器来无线处理通信。

  2020年蓝牙5.2规范中，新增了LE音频，汽车中信息娱乐系统的音频质量、电池使用寿命也随之有了大幅度的提高。蓝牙特别兴趣小组（Bluetooth SIG）将之称为 “Auracast计划”，Auracast实质上是一个BLE无线电台，它可以被车内多个耳机或耳塞接收，提高了共享音频体验的便利性和灵活性。

  车钥匙也慢慢地发展为使用移动电子设备来替代。由于智能手机都内置BLE，我们只需通过特定的应用程序，就能通过BLE无线连接操控汽车中的各种系统。汽车连接性联盟（Car Connectivity Consortium，CCC）和亚洲的其他标准组织已经发布了包括BLE在内的多项无线数字钥匙协议。BLE不但可以单独使用，也可以与近场通信（NFC）或超宽带（UWB）无线年中期发布的信道探测功能，是一种用于高精度距离测量（HADM）的新BLE标准，将比仅测量无线电信号强度更为精确，也将增强访问数字钥匙相关的安全性。

  此外，耳机市场，包括耳罩式、贴耳式和入耳式设备，也极大地受益于BLE音频低功耗技术。前文中提到的“Auracast计划”预计将引发耳戴式设备的重大变革。目前，无线扬声器和耳罩式设备普遍采用双模蓝牙技术，但由于入耳式设备（如助听器和耳塞）的电池使用寿命限制，预计纯BLE音频解决方案将先抢占这些小型设备市场，再逐渐扩展到耳罩式耳机等大型设备市场。

  电子货架标签（ESL）也将是BLE*潜力的增长点。与传统的手动更换纸质标签相比，ESL更加快速便捷。2023年蓝牙5.4标准中新增了四项增强功能，最受关注的是带响应的定期性广播 (PAwR) 和较小程度的加密广告数据 (EAD)，这些功能很适合电子货架标签（ESL），能轻松实现与数千个终端节点进行双向、节能的通信。

  BLE不仅作为独立的无线协议蒸蒸日上，而且慢慢的变多地与其他无线协议结合使用。面对WiFi、Zigbee、LoRa、Thread、UWB等等不断涌现的新技术，蓝牙非但没有被边缘化，而且愈发展现出价值。例如，Zigbee Direct利用BLE简化了基于Zigbee的网状网络节点的设置；而Thread为BLE在Thread网状网络中的配置定义了一种方法；WiFi和BLE的双协议解决方案也日益受欢迎，它们通过分离的无线系统在SoC上协调使用。超宽带（UWB）作为一种精确测距的补充无线技术出现，并与BLE结合……

  BLE已经变得无处不在，无论是作为主要的无线接口，还是为设备提供无线访问以进行设置、配置和维护，BLE已迅速成为SoC上的另一个标准接口。近年来，慢慢的变多的芯片厂商选择购买经过验证的BLE IP解决方案，而不是耗费昂贵的内部资源自行设计，就像很多厂商会采购CPU内核、互联系统、内存控制器、安全组件和分布接口等IP模块一样。

  1.蓝牙标准一直更新，内部设计团队维护更新所有新增功能慢慢的变昂贵和不可实现。

  2.受摩尔定律的影响，将RF/模拟设计移植到更小的晶体管以保持芯片PPA的做法非常昂贵，许多老牌 BLE 供应商的内部解决方案没有跟上这些拓扑转变，仍然体积庞大且耗电。

  3.对于资金有限的初创公司，建立一支有能力的 BLE 设计团队，需要三年甚至更长的时间。

  4.还有一部分芯片厂商可能已在非无线解决方案领域拥有多年的经验，但由于 BLE 的普遍性，他们*次将其添加到SoC中，缺乏内部的RF知识。

  简而言之，BLE 的普及和复杂性使得购买高质量的 BLE IP 解决方案比自行设计更具吸引力，经过硅验证的射频物理层和控制器IP能支持无线连接的低功耗和安全性要求。使用符合规定标准的IP能够更好的降低集成风险，并帮助加速无线设计SoC上市的时间。

  EDA和IP领域的*供应商——新思科技凭借对BLE市场机遇的敏锐洞察，提供支持多种规范的无线IP解决方案。其RF PHY和链路层控制器已通过蓝牙认证，有效优化了PPA。

  新思科技的无线IP不仅支持最新的蓝牙BT5.4规范，同时还在积极关注所有即将推出的蓝牙规范，确保能够在规范发布后能*时间推出市场所需的解决方案。

  从市场应用的角度上，新思科技积极支持所有BLE汽车应用，包括为汽车级 (AG) RFPHY 提供适当的 AEC-Q100、HTOL、Misson 配置文件以及 DRC/温度和老化要求。该IP也符合Zigbee、Thread和Matter规范，便于将BLE与其他无线协议进行结合。

  新需求、新应用的不断涌现，为蓝牙技术的发展带来了新的机遇。蓝牙技术正在从传统的音频传输，向物联网、汽车、医疗等领域拓展。而且随着BLE IP的不断成熟，将逐步推动BLE技术的革新和发展。蓝牙技术作为一种成熟、可靠的无线技术，具有广阔的应用前景。

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