詳解藍芽模組的分類

Sharemaker 發表於 2022-12-04

  摘要:藍芽模組,是一種整合藍芽功能的PCBA板,用於短距離無線通訊,藍芽模組將晶片和外圍硬體電路整合到一個PCB上,開發出所需的內建程式實現藍芽功能的裝置。可以透過相關介面和MCU控制裝置進行資料傳輸、可實現藍芽標準通訊和組網。本文從藍芽模組的不同的分類方式上去梳理藍芽模組的型別,儘量的從分類方式的角度去了解藍芽模組所具備一些特性和功能。

 一、按照協議型別分

(1)經典藍芽模組

  經典藍芽模組(BT)泛指支援藍芽協議4.0以下的模組,可以細分為:傳統藍芽模組和高速藍芽模組

  傳統藍芽模組:藍芽誕生之初,使用的是BR基本速率技術,此時藍芽的理論傳輸速率,只能達到721.2Kbps,在2004年推出支援藍芽2.0協議的模組,在智慧手機時代爆發,新增EDR藍芽增強速率(Enhanced Data Rate)技術,透過提高多工處理和多種藍芽裝置同時執行的能力,使得藍芽裝置的傳輸率可達 3Mbps,是藍芽1.2技術傳輸速率的三倍。因此除了可獲得更穩定的音訊流傳送和更低的耗電量之外,還可充分利用頻寬優勢同時連線多個藍芽裝置。

  高速藍芽模組:高速藍芽模組在2009年推出,主要代表是支援藍芽3.0協議的模組,新增了High Speed技術,可以使藍芽呼叫802.11 WiFi用於實現高速資料傳輸,傳輸率高達24Mbps,是傳統藍芽模組的8倍。

  經典藍芽模組一般用於連續流式傳輸音訊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、印表機、無線音響等。

(2)低功耗藍芽模組

  低功耗藍芽模組(BLE)指支援2010年推出藍芽協議4.0或更高的模組,最大的特點是成本和功耗的降低。藍芽低功耗技術採用可變連線時間間隔,這個間隔根據具體應用可以設定為幾毫秒到幾秒不等。BLE技術採用非常快速的連線方式,因此可以處於“非連線”狀態(節省能源),此時鏈路兩端只有在必要時才開啟鏈路,然後在儘可能短的時間內關閉鏈路。

  低功耗藍芽應用於實時性要求比較高,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感測器裝置、智慧家居、智慧穿戴這類不需要大資料量互動的場景中,非常適合物聯網應用。

  綜上所述,經典藍芽並不是BLE的過時版本,經典藍芽和低功耗藍芽共存並用於不同的應用,這完全取決於每個人的不同需求。

 二、按照對協議的支援分 

  按照對藍芽協議棧支援的數量可以分為單模模組和雙模模組。單模和雙模的概念是在BLE藍芽出現之後才有的,我們應該根據成本、應用程式和功能選擇需要的模組。

(1)單模模組

  單模模組就是指支援藍芽某一種協議的模組,僅支援經典藍芽(BT)協議或者低功耗藍芽(BLE)協議。

(2)雙模模組

  雙模式模組是指同時支援經典藍芽(BT)協議和低功耗藍芽(BLE)協議的模組,可以執行兩套協議堆疊。雙模模組有兩類:經典藍芽(僅限資料)+ BLE和經典藍芽(資料+音訊)+ BLE。因此雙模模組具有很好的靈活性和相容性。

  藍芽雙模無疑是未來的主流。經典藍芽功耗較大,4.0以後的藍芽BLE功耗小,但不支援音訊協議及受資料傳輸速度限制,藍芽雙模則是綜合了兩者的優缺點,既可以支援音訊傳輸,同樣可支援資料傳輸,功耗低,並且相容性也是兩者之和。

 三、按照功能分

  站在藍芽模組傳輸內容大小的功能角度來說,可以分為以下幾種。

(1)資料模組

  一般使用比較多的是資料模組,也就是低功耗藍芽,也叫透傳藍芽模組。對於資料量不大,傳輸近距離,執行和待機功耗有嚴格要求的裝置來說是一個很好的選擇,由於功耗方面的優勢,4.0藍芽模組目前已佔據移動資料傳輸大部分份額,並且規模和份額還有望繼續成長。

(2)音訊模組

  而音訊模組就需要非常大碼流的資料傳輸,所以比較適合經典的藍芽模組。

(3)資料和音訊複合模組

  可以同時實現語音、音訊、資料的傳輸,在移動互聯,資料+音訊應用的大趨勢下,資料和音訊複合的雙模模組是一個很好的選擇。

 四、按照晶片設計分 

  這是根據模組中藍芽晶片使用的儲存型別來區分的。

(1)ROM版本

  一般是晶片廠家的ROM版晶片,特點是晶片廠家將標準的應用PROFILES 固化在晶片中,一般是固定功能的,使用者無法對晶片內程式進行修改。可外接EEPROM,儲存空間較小,可用於存放藍芽地址、裝置名稱、PIN 碼等。

  使用ROM版本晶片做的產品差異化較少,但是開發簡單,對於一些常規產品,不需要深度定製化的產品,選用ROM版本晶片可以開發進度,加快產品上市時間。適合大規模的批次生產,價格很低,比較常見的是用於dongle、藍芽耳機模組、手機模組、滑鼠鍵盤模組等,可以修改配置引數,但基本功能是固定的。大規模民用產品一般選用ROM版模組,如市場上的USB藍芽介面卡,由於大部分協議會執行在PC內部,對晶片處理能力要求很低,因此晶片廠家會推出價格很低的產品。

(2)FLASH版本

  晶片一般內建FLASH,儲存空間較大,如果要做一些客戶自定義的產品,比如需要增加一些感測器、與外部MCU進行通訊,增加藍芽協議或服務,則需要使用FLASH版本,客戶可在FLASH版本晶片的已有工程上新增自己的工程程式碼,開發自己的韌體,做出差異化的產品,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,由於晶片內建了FLASH儲存,其各效能表現出色,同時內建了音訊編解碼電路,適合各種語音閘道器等應用。工業藍芽應用一般應採用FLASH版本的晶片生產的模組,執行速度快,具備高整合度、高可靠性、高效能指標等特點。

(3)EXT版本

  EXT模組採用的晶片沒有FLASH儲存,需外擴儲存器件,使用者可以進行應用開發,特點是價格適中,不足是穩定性、功耗等效能差異大,同時大部分EXT晶片沒有音訊解碼電路,如需實現音訊傳輸需外接編解碼器件。

 五、按照功率分

  針對功率來說,低功耗藍芽和經典藍芽又有區別。

  低功耗藍芽沒有功率的級別,傳輸距離可超過100m,5.0協議的距離甚至可達300m,具體距離看產品的設計功率。低功耗藍芽技術的調製與傳統藍芽技術略有不同。這一不同的調製以10mwdb的無線晶片組(低功耗藍芽最大功率)實現最遠300m的連線範圍,也就是說整個家居及樓宇範圍都能覆蓋,實現更加穩健且可靠的連線。

  經典藍芽有3個級別的功率,用Class表示,按照藍芽規範的規定,Class並不用來規定距離的,而是標明發射功率。藍芽模組發射功率引數確定後,實際發射效率與射頻電路、天線效率相關,藍芽模組的通訊距離與發射功率、接收靈敏度及應用環境密切相關,藍芽工作在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。功率控制的目的是將輻射控制在限制範圍內,而不會干擾相鄰藍芽裝置的正常工作,使用鏈路管理協議來實現主從裝置之間的功率控制演算法。

(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,遠距離的藍芽產品上,但因成本高和耗電量大,不適合作個人通訊產品之用(手機、藍芽耳機、藍芽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訊,遠距離連線音響,更常見是在一些大型會場、舞臺、工業場景,用支援Class 1的藍芽介面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,只要發射功率能超過0dBm就是屬於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芽裝置大多是功耗Class 2,多用於手機內、藍芽耳機、藍芽Dongle 的個人通訊產品上,耗電量和體積較小,同時方便攜帶。

(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類裝置由於其覆蓋距離非常有限,所以不常見。

 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產品中,在生活中較為常見且價格較低便宜。適用於環境條件(如溫度、EMC和機械應力)處於輕度至中等水平的消費產品應用。如各種消費類的電子產品,智慧家電,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干擾的情況下執行。與商業級產品相比,工業級產品可以承受更極端的環境,適合、預期或要求用於工業用途的型別或質量,例如在運輸、工廠自動化、高衝擊和振動的環境。

(3)汽車級

  溫度範圍約為-40℃~125℃。一般用在車載或惡劣環境中,由於汽車在啟動過程中,會產生很高的熱量,因此在高溫方面,會比工業級高一些,在價格上也會比工業級貴一些,其可能會受到高水平的EMI、碰撞、衝擊和振動以及極端溫度的影響。因此該型別產品專為汽車、交通運輸和其它關鍵任務應用而設計,符合行業標準汽車規範。

(4)軍工級

  溫度範圍約為-55℃~150℃。一般用在軍方的裝置中,因此對其要求也是最嚴格的,主要使用在導彈、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

  透過上述對藍芽模組的不同分類方式的梳理,不僅可以瞭解到一些藍芽的基礎知識,也可以從不同分類方式的角度在藍芽模組的選型上提供一些思路。最後整篇文章濃縮為下面一張藍芽模組分類的思維導圖。
詳解藍芽模組的分類


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