标签: 蓝牙芯片

01 物联网系统中为什么要使用蓝牙芯片 物联网系统中使用蓝牙芯片的原因主要基于蓝牙芯片在连接性能、数据传输、功耗、安全性以及应用灵活性等方面的优势。以下是详细分析： 低功耗性能 蓝牙芯片，特别是低功耗蓝牙（BLE）芯片，能够在保证正常通信的前提下显著减少电量消耗，从而延长物联网设备的使用时间。这种低功耗特性对于依赖电池供电的物联网设备尤为重要，如传感器、智能家电等。通过低功耗蓝牙技术，这些设备可以长期在线，实现远程监控和数据传输，无需频繁更换电池或充电。 高效的连接与数据传输 蓝牙芯片支持快速的设备配对和连接过程，用户可以轻松地添加新设备到物联网网络中，无需复杂的网络设置和专业知识。此外，蓝牙芯片能够支持多设备同时连接，形成点对点或星型网络拓扑结构，使得物联网设备可以直接互相通信，实现信息共享和协同工作。这种高效的连接和数据传输能力增强了物联网系统的灵活性和效率。 抗干扰能力强 蓝牙技术使用2.4GHz ISM频段，尽管这个频段相对繁忙，但蓝牙通过自适应跳频等技术手段，能够确保数据成功通过噪声干扰，确保消息准确到达目的地。这种抗干扰能力使得蓝牙芯片在复杂的电磁环境中也能保持稳定可靠的通信。 安全性高 蓝牙芯片内置了安全连接和数据加密机制，确保数据传输过程中的安全性和隐私保护。这对于处理敏感信息的物联网应用至关重要，如医疗健康监测、家庭安全系统等。通过蓝牙芯片的安全特性，物联网系统可以构建更加安全可靠的通信环境。 应用灵活性高 蓝牙芯片支持多种蓝牙版本和通信协议，能够与不同类型的设备进行配对和通信。这种灵活性使得蓝牙芯片在物联网系统中具有广泛的应用场景，如智能家居、工业自动化、医疗健康等领域。同时，随着蓝牙技术的不断发展，蓝牙芯片的功能和性能也在不断提升，为物联网系统的发展提供了更多的可能性。 综上所述， 物联网系统中使用蓝牙芯片的原因主要包括低功耗性能、高效的连接与数据传输、抗干扰能力强、安全性高以及应用灵活性高等方面。这些优势使得蓝牙芯片成为物联网系统中不可或缺的无线连接技术之一。 本文会再为大家详解无线通信芯片家族中的一员——蓝牙芯片。 02 蓝牙芯片定义 蓝牙芯片是一种集成蓝牙功能的电路集合，用于实现短距离无线通信。它集成了蓝牙无线电模块、微控制器以及必要的外围设备，能够支持蓝牙通信技术的各种应用。 03 蓝牙芯片原理 蓝牙芯片的主要工作原理是利用蓝牙技术进行短距离无线通信。在传输过程中，蓝牙芯片将数字数据转换为无线信号，并通过射频电路在2.4GHz ISM射频频段上进行传输。同时，蓝牙芯片会实时监测信道的状况，并根据需要自动进行跳频，以保证通信的稳定性和安全性。接收端的蓝牙芯片会接收信号，并将其解码为可读的数字数据，从而实现两个蓝牙设备之间的数据交换。 04 蓝牙芯片分类 根据蓝牙传输标准的不同，蓝牙芯片可分为以下几类： 经典蓝牙芯片：采用SBC编码格式，常被用于传输音频、文件等场景，功耗相对较高。 低功耗蓝牙（BLE）芯片：采用LC3编码格式，具有低功耗及低延迟优势，常被用于设备匹配、数据同步、定位等场景。 此外，还有双模蓝牙芯片等类型，它们支持经典蓝牙和高低功耗蓝牙两种模式，具有更高的灵活性和兼容性。 05 蓝牙芯片选型参数 在选择蓝牙芯片时，需要考虑以下参数： 蓝牙版本：不同版本的蓝牙芯片具有不同的功能和性能特点，如蓝牙5.0版本可以更快地传输数据且功耗更低。 传输距离：根据需要连接的设备之间的距离选择合适的传输距离。 数据速率：如果需要传输大量数据，则需要选择上传和下载速度更快的芯片。 功耗：对于低功耗设备，需要选择功耗更低的芯片以延长设备使用时间。 兼容性：确保所选芯片与所要连接的设备类型兼容。 06 蓝牙芯片使用注意事项 在设计蓝牙产品时，应注意天线的布局和周围环境的干扰，以确保信号的稳定性和通信质量。 尽量避免在蓝牙芯片周围放置金属物品，以减少对RF信号的影响。 如果使用了DC-DC转换电路，应将其尽量远离蓝牙芯片，以减少噪声的引入。 在布线时，应遵循一定的规则和技巧，如信号线宽、电源层铺铜、地铺铜间距等，以确保信号的完整性和稳定性。 07 蓝牙芯片应用场景 蓝牙芯片广泛应用于以下领域： 音频设备：如蓝牙耳机、音箱等，提供无线、便捷的音乐享受。 智能穿戴：如智能手表、手环等，支持设备间的无线通信和数据传输。 智能家居：用于控制智能家居设备并实现远程控制等功能。 物联网：在远程监控、智能家居/建筑中的声控控制以及资产跟踪等任务中发挥重要作用。 医疗设备：如助听器或针对言语或行动障碍人士的通讯辅助设备，促进设备与外部外围设备之间的无线通信。 08 蓝牙芯片厂商 蓝牙芯片市场上有众多厂商，其中一些知名的品牌包括Broadcom、Dialog Semiconductor、STMicroelectronics、Nordic Semiconductor、Qualcomm、Realtek等。这些厂商提供了多种型号的蓝牙芯片，以满足不同应用场景的需求。在选择厂商时，可以考虑其品牌知名度、产品性能、技术支持以及售后服务等因素。 供应商A：上海博通 1、产品能力 （1）主推型号1： BK3435 硬件参考设计 SCH-BK3435_reference circuit_V1.pdf SCH-BK3435_reference circuit(one bat)_V1.pdf 核心料（哪些项目在用） 奇迹物联老人定位器项目 2、支撑 （1）技术产品 技术资料 BK3435 Datasheet_V3.1.pdf 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）

TWS蓝牙耳机一直很受欢迎，与之匹配的耳机母体——充电仓也非常重要。充电仓可对TWS耳机及自身进行充电管理、显示电量，将SOC(电池的荷电状态)传到手机APP。方案休眠电流低至0.5µA，符合收纳盒小巧空间需求，以及低待机功耗等节能要求。 方案特点 本方案基于BP66FW1240无线充电接收专用Flash MCU，组合了低功耗蓝牙芯片BC7161和电源芯片HT7133-1，可实现对自身以及耳机进行充放电管理，自带的软件库仑计可计算SOC(电池的荷电状态)，同时通过BC7161蓝牙模块将SOC传到手机APP。 图1. 充电仓实物及SKD。 电量显示有两种方式：LED灯显示以及蓝牙APP显示。LED灯显示通过点亮灯的个数来显示电量，0~40%电量亮1个灯，40~60%电量亮2个灯，60~80%电量亮3个灯，80~100%电量亮4个灯。 LED灯除了可显示电量外，还可通过流水灯效来表示充电仓的充电状态。蓝牙APP显示需要在手机上预装对应的蓝牙APP，充电仓盖子开启时通过APP进行蓝牙连接即可观察到BC7161模块广播出来的电量数据。本方案基本特性如下： 工作电压：DC3.8V(锂电池供电)  工作电流：待机电流12µA， 耳机充电电流：340mA 温度条件：-40℃~85℃  收纳盒充电电流：140mA LDO输出电压：5V BLE工作频率：2426MHz BLE数据速率：1Mbps BLE发射输出功率：-2dBm 最大充电电流：600mA 方案原理 本方案主要由主控模块与蓝牙广播模块组成，主控芯片BP66FW1240具有4K ROM程序储存空间，20个双向I/O接口，以及多个定时器模块供用户使用，另外还具有I2C串口界面模块用于数据通讯。在无线充电接收部分则内建了高效率同步整流线路、线性充电功能、LDO和通讯调变功能。 图2. 原理图 （1）关键芯片 主控模块对内部电池充电方式有两种，一种是直接通过USB-Type-C界面直接充电，另一种是通过符合QI协议的无线充电底座进行充电。主控板连接的线圈可以将变化的磁场转换为交流电，MCU内置的同步整流电路将交流电转换为直流电，且整流后OVP电压不超过7V，继而通过内置的5V 30mA LDO电路。两种充电方式都可以给线性充电电路以及MCU供电，集成的线性充电可以对电池进行充电管理。 主控IC还通过控制DC/DC升压电路对CH+，CH-(耳机充电触点)进行控制，ETA1061为升压转换器。以12-bit A/D采集充放电电流数据，计算出当前电池电量。U2霍尔元件则判断收纳盒开盖状态，开盖时四颗LED灯显示充电状态以及SOC状态。 蓝牙广播模块主要元件为BC7161模块，是一个完全集成的2.4GHz发射器，由小数N分频合成器、可编程功率放大器(PA)和功率管理模块组成。与主控IC通过I2C通讯，在开启盖子时将主控IC计算出的库仑值进行广播。 （2）线圈选型 权衡成本和性能，选择相应的Rx线圈线材规格。大直径线材或者双股线材(两条平行线)拥有高效率，但价格更高，本方案线圈实物见图3，隔磁材料置于线圈下方，具体参数如下， 感量：14µH； 圈数：14 圈，单芯线； 尺寸：长28.3mm，宽16.2mm； 线径：0.33mm。 图3. 线圈实物 首先，需要确定LC网络匹配，计算相关参数。方案中的Rx线圈网络由串联谐振电容C27、C28和并联谐振电容C25、C26组成，可简化为下图4所示，这两个电容组成了一个双谐振电路，其大小尺寸必须根据无线充电联盟(Wireless Power Consortium，WPC)规范来正确选择。 图4. LC网络匹配 根据WPC电气规范要求，谐振频率必须为100kHz，双谐振电路C1电容量计算公式为： C1 = 1 / 式中，LS’为互感感值，将线圈置于符合QI认证的无线充电器上再进行感值测量，即可得到互感值。经测量，我们得出互感值LS’约为15.3µH。 C1确定后，计算双谐振电路C2、LS時。此时，次级谐振频率必须为1.0MHz，测量得出互感值LS约为14µH。 C2 = 1 / 下一步，要确定隔磁材料。线圈隔磁材料为铁氧体片，其作用主要有两个。 （1）为磁通量提供一条低阻抗通路，减少漏感现象提高效率。 （2）使用更少的匝数来实现更高电感的线圈，这样便不会产生过高的电阻，提高能量传送效率。 （3）PCB布线事项 图5为主板PCB（上）及蓝牙模组（下）布线图。 图５. PCB布线图 其中，上左为主板PCB正面，上右为主板PCB反面。下左为蓝牙模组PCB正面，下右为蓝牙模组PCB反面。 芯齐齐BOM分析 本TWS耳机充电仓方案BOM表由主控板和蓝牙模组两部分组成，元器件总数70个。 主控PCB BOM表元器件42个，包括BP66FW1240无线充电接收专用Flash MCU，两个P沟道功率MOS管，一个USB_TYPE_C接口连接器，以及双极性晶体管和阻容元件等。 图6. TWS耳机收纳盒方案BOM表 蓝牙模块PCB BOM表元器件28个，包括BC7161低功耗蓝牙芯片（U1）、HT7133-1电源芯片（U5）、ETA1061升压转换器（U2），两个N沟道MOS管，一个32MHz石英晶体谐振器，需要注意的是对应的匹配电容应选择12pF NP0类的MLCC元件。