蓝牙技术｜什么是低功耗蓝牙（BLE）芯片？

蓝牙是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网络技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标（Beacon）、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，蓝牙低功耗技术旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本，由于低功耗的关系，所以经常用在各种常见的可穿戴装置与物联网装置上，使用钮扣电池就可执行数月至数年，小体积、低成本，并与现有的大部分手机、平板和电脑兼容。

低功耗蓝牙芯片技术是低成本、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。有BLE4.0，BLE4.1，BLE4.2，BLE5.0，BLE5.1，BLE5.2等多个协议版本。

低功耗蓝牙芯片的工作状态有5种：

1、待机状态（standby）：没有连接任何设备，没有传输和发送数据。

2、广播状态（Advertiser/advertising）：周期性广播状态。

3、扫描状态（Scanner/scanning）：主动寻找正在广播的设备。

4、发起连接状态（Initiator/initiating）：主动发起连接。

5、连接状态(connected)：已经连接。

低功耗蓝牙芯片的工作模式有：主设备模式，从设备模式，Mesh组网模式，广播模式。

低功耗蓝牙（BLE）特性

1． 低功耗 从外形设计到使用方式，一切皆以最低功耗为设计目标。为了减少功耗，低功耗蓝牙设备大部分时间会处于睡眠模式。当活动发生时，设备会自动被唤醒并且向网关、个人电脑或智能手机发送一则短讯。使用时的功耗被降低到传统蓝牙的十分之一。

2． 高成本效益与兼容性 为了兼容传统蓝牙技术并实现小型电池供电设备的成本效益，有两种芯片组可供选择：具备低功耗蓝牙技术与传统蓝牙功能的双模技术。以低成本与低功耗为主的专为小型电池供电设备优化的纯低功耗蓝牙技术

3． 稳定性、安全性与可靠性 低功耗蓝牙技术使用与传统蓝牙技术相同的自适应跳频 （AFH） 技术，因而能确保低功耗蓝牙能够在住宅、工业与医疗应用中的“嘈杂”射频环境中维持稳定的传输。为了最大程度地减少使用AFH的成本与功耗，低功耗蓝牙技术已将通道数量从传统蓝牙技术的79个1兆赫兹宽通道减少至40个2兆赫兹的宽通道。

4． 无线共存 蓝牙技术、无线LAN、IEEE 802．15．4／无线个域网以及许多专有的无线电均使用无需认证许可的2．4千兆赫工业科学医疗（ISM）频带。由于共享这一无线电波空间的技术过多，因此无线性能会因干扰所引发的错误修正与重复传送而下降（例如延迟时间增加和吞吐量减少等）。在要求严格的应用中，可通过频率规划与特殊的天线设计减少干扰。由于传统蓝牙与低功耗蓝牙均使用AFH这项可以最大程度减少其他无线电技术干扰的技术，因此蓝牙传输具有出色的稳定性与可靠性。

5． 连接范围 低功耗蓝牙技术的调制与传统蓝牙技术略有不同。这一不同的调制以10毫瓦分贝的无线芯片组（低功耗蓝牙最大功率）实现了高达300米的连接范围。

6． 易用性和集成性

低功耗蓝牙一般基于一台与多台从设备连接的主设备。所有设备要么是主设备，要么是从设备，但无法同时当主设备和从设备。主设备控制从属设备的通信频率，而从属设备只能根据主设备的要求进行通信。相比传统蓝牙技术，低功耗蓝牙技术所增加的一项新功能就是“广播”功能。通过这项功能，从设备可以告知其需要向主设备发送数据。广播消息还包括活动或测量值。

ST17H65蓝牙BLE5.2芯片是伦茨科技最新推出的蓝牙BLE芯片， 具有512KB Flash +（96KB ROM）+64KB SRAM，蓝牙协议栈固化，不再占用Flash空间。64KB的SRAM，分区使用，可以在待机时保存更多用户数据，可以设置大容量缓冲区，支持更加复杂的功能。符合SIG规范的Mesh自组网应用。包括多节点的控制，以及一主多从的同时工作。

ST17H65 有22x GPIO，6 x PWM，2通道PDM/I2C/SPI/UART ，4通道DMA，-103dBm @BLE 125Kbps，-97dBm@BLE 1Mbps。单端天线输出，可以无匹配电路。支持天线矩阵切换，支持外挂LNA信号放大。

ST17H65特点：

CPU：ARM®Cortex™-M0 32位处理器存储器：512KB Bin-system支持的频段：2.4 GHz支持的协议：Bluetooth 5.2灵敏度：-97dBm（BLE） -103dBm（BLE）发射功率：+10dBm接受电流：4mA发射电流：4.7mA

支持SIG-Mesh多种特性

Friend 节点Low Power 节点Proxy 节点Relay 节点

伦茨科技拥有自主研发无线射频和低功耗蓝牙BLE5.2芯片并具有全球知识产权，针对AIoT物联网领域和个人消费者，提供蓝牙主控全集成芯片的「软硬件共性」解决方案及核心器件，配套全方位APP软件平台定制开发。所设计的蓝牙芯片方案应用于智能穿戴设备、蓝牙室内导航、智能家居、医疗健康、运动建身、数据传输、远程控制、个人外设及AIoT物联网等场景。

最新推出搭载高性能低功耗32位处理器的蓝牙芯片ST17H66（SOP16），支持Bluetooth®LE、SIG MESH多功能的Bluetooth 5.2。

关键参数：

256KB系统闪存64KB SRAM，睡眠模式下所有数据恒常保持2.4 GHz收发器Bluetooth Low EnergyBluetooth Mesh-20dBm至+10dBm发射功率接收电流：8mA发射电流：8.6mA0.3uA@sleep(IO wake up only)AoA/AoD 方位测定AES-128硬件加密PDM/I2C/SPI/UART/PWM/DMA

2023年BLE将占据蓝牙90％份额 我国芯片厂商开始布局

随着通信技术的升级和智能终端的普及，数据传输场景越来越丰富，无线通信已逐渐成为主要的连接方式，而蓝牙在传输距离、成本、效率、应用开发难易度、通信质量等方面的综合优势已经显现。在2010年，蓝牙4.0加入了革命性的BLE协议部分，具备了更省电、成本低、延迟低等特性后，蓝牙正式由经典蓝牙迈向低功耗蓝牙（BLE）时代。

需要注意的是，随着蓝牙技术标准的不断升级，为提高蓝牙产品品质，推动新版协议的应用，蓝牙技术联盟对经典蓝牙已经逐渐停止维护。根据SIG公布的蓝牙核心标准弃用及撤销计划，已于2019年1月1日起开始弃用4.1版本，并将于2020年1月1日起正式撤销4.0/3.0/2.1/2.1+EDR版本 、2020年7月1日起正式撤销4.1版本 。可见，5.0版本的高端低功耗蓝牙将成为未来趋势，蓝牙进入5.X时代已经成为必然。

可穿戴和物联网是BLE主要应用领域

随着低功耗模块的引入，蓝牙功耗可以降低90%以上，这也使得更多终端尤其是移动终端设备的联网化成为可能。与经典蓝牙多用于音频传输不同，BLE主要用在健身与医疗设备、资产追踪、监控系统等数据传输方面。

可穿戴设备市场主要由腕式设备和耳戴式设备构成，其中腕式设备如智能手表、智能手环等的出货量占比在60%以上，而这些智能终端作为手机的外围设备，需要具备数据传输的基本功能，并对功耗有着较高要求。 而BLE低功耗、高传输效率的特性，在一定程度上满足了信息传输的需求。例如华为2019年9月发布的Watch GT2，搭载了首款自研低功耗可穿戴芯片麒麟A1，该芯片获得了蓝牙低功耗5.1标准认证，其通过超低功耗应用处理为用户带来了强劲的续航新体验。

图：按协议版本划分的全球蓝牙出货量构成及预测（十亿）

资料来源：ABI Research2019

此外，BLE只需纽扣电池供电，峰值电流低、功耗小、工作周期短，因此在物联网应用场景中极具优势。特别是蓝牙5.0标准还针对物联网进行底层优化，更快更省电，力求以更低的功耗、更高的性能为智能家居服务，例如引入了蓝牙网状网络技术，打破了传统蓝牙“一对一”的配对，转变为“多对多”的讯号传输模式。 借助Mesh组网技术，BLE通过采用全新广播机制，可以迅速发现设备并建立连接，得益于BLE本身低延迟、高速率的特性，连接建立过程仅需3ms，例如在智慧照明领域，雷士照明、佛山照明、阳光照明、得邦照明等，均已引入BleMesh技术进行产品的智能化升级。

国内芯片厂商已经开始布局

BLE的诸多应用优势，激发了国内外厂商纷纷布局。国外BLE厂商例如Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab等由于拥有技术和市场的先发优势，在全球BLE领域市场份额相对较高。但由于价格相对昂贵而且本土化服务体验欠佳，这也给国内企业进入BLE领域创造了机会。

从发展现状来看，我国BLE目前尚处于发展初期，国内传统蓝牙厂商出货的BLE普遍集中在低端BLE上，版本在4.2及以下，近两年逐渐有企业开始转型布局BLE 5.0，但主要还是应用在蓝牙音频上的双模低功耗芯片，仅有少数厂商开发具有蓝牙mesh和室内定位等功能的单模蓝牙透传芯片。 从供应商类型来看，国内的低功耗蓝牙芯片厂商既有从经典蓝牙转型而来的如钜芯科技、博通集成等，也有低功耗蓝牙创业企业如泰凌微、桃芯科技等。

表：我国部分低功耗蓝牙芯片企业

2023年将有90%以上的蓝牙设备使用BLE芯片

在可穿戴设备及庞大的物联网需求的推动下，BLE的市场需求会持续走高，再加上蓝牙技术的进一步提高，将会更加契合短距离通信场景。据ABI Research数据，2023年全球蓝牙设备出货量将为54亿，其中，将有90%以上的蓝牙设备会使用低功耗蓝牙芯片，并且将有约30%的设备使用单模低功耗蓝牙。 而拥有全球最大的需求市场，我国低功耗蓝牙芯片企业也将会迎来发展机遇。

作者：郭露

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