BLE 蓝牙芯片选型要注意哪些问题？

BLE（低功耗蓝牙）芯片是一种低成本、短距离、可互操作的无线数据传输技术，在免许可的 2.4GHz ISM 射频频段进行传输。现主流的协议版本有 BLE5.0、BLE5.1、BLE5.2 等。

蓝牙技术最早由爱立信公司在 1995 年提出，1998 年蓝牙技术联盟成立，负责制定和维护蓝牙技术标准。2010 年，低功耗蓝牙技术 BLE 4.0 的出现解决了无线连接设备功耗高的难题，使得蓝牙市场疯长式发展。此后，各芯片大厂相互角力，推出各自的低功耗蓝牙芯片，蓝牙芯片市场出现 “百家争鸣” 的局面。

BLE 蓝牙芯片在短距离无线通信中占据重要地位。随着互联网信息技术的发展，用户对网络传输要求不断提高，短距离无线连接成为物联网的主要连接形式。在主要的几种局域网无线通信技术中，蓝牙在传输距离、功耗、成本、效率和安全性上均具有较大的优势，且集成其他通信技术的功能，如 mesh 等，应用优势较为明显。

蓝牙技术标准迈入 5.0 时代，Mesh 组网技术助力高端低功耗蓝牙开拓物联网市场。蓝牙 5.0 攻克了蓝牙传输速度和传输距离的短板，功耗进一步降低，高精度定位测向功能扩大应用领域。Mesh 组网技术可实现多对多设备通信，满足物联网的连接需求，尤其是在工业物联网、智慧城市、智能建筑等领域具有应用优势。

二、BLE 蓝牙芯片特性

（一）低功耗特性

为了减少功耗，BLE 蓝牙芯片大部分时间都会处于睡眠模式。当工作时，设备会自动被唤醒并且将控制数据传输到手机 APP 上或其他控制器。相比传统蓝牙芯片，BLE 蓝牙芯片的功耗低了将近十分之九。例如，很多蓝牙设备在睡眠模式下功耗极低，平均功耗约为 1 微安，而传统蓝牙芯片的功耗相对较高。当有活动发生时，BLE 蓝牙芯片能够快速响应并进行数据传输，完成任务后又迅速进入睡眠模式，从而大大降低了整体功耗。在使用较少的应用中，一粒纽扣电池就能维持 BLE 蓝牙设备稳定运行 5 至 10 年。

（二）高效益低成本

纯低功耗蓝牙技术以低成本与低功耗为主，专为小型电池供电设备优化。这种技术能够在保证蓝牙功能的同时，降低设备的成本和功耗。例如，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，以及纯低功耗蓝牙技术。双模技术可以兼容传统蓝牙，适用于不同的应用场景；纯低功耗蓝牙技术则更加专注于小型电池供电设备，以实现更高的成本效益。

（三）稳定性

BLE 蓝牙芯片使用自适应跳频（AFH）技术，能够在杂乱的环境中维持稳定传输。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。通过这种方式，BLE 蓝牙芯片能够在复杂的射频环境中自动选择最佳的通信频率，避免干扰，保证数据传输的稳定性。例如，在住宅、工业和医疗应用等 “嘈杂” 射频环境中，BLE 蓝牙芯片依然能够稳定地传输数据。

（四）蓝牙与 wifi 技术共存

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。由于多种无线技术共享同一频段，因此会带来干扰问题，导致无线性能下降，如延迟时间增加和吞吐量减少等。传统蓝牙与低功耗蓝牙均使用 AFH 技术，可以最大程度减少其他无线电技术的干扰。例如，当蓝牙和 WIFI 同时工作时，虽然在 2.4GHz 频段上存在一定程度的频谱重叠，但由于 AFH 技术的存在，两者之间的干扰通常是短暂的，并且在大多数情况下并不会对设备的性能产生显著影响。

（五）可连接范围

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。通过优化调制方式，低功耗蓝牙芯片能够在更远的距离上进行稳定的数据传输。例如，在一些特定的应用场景中，如室内定位、井下定位等，低功耗蓝牙芯片能够在较大的范围内实现设备之间的连接和数据传输。

三、BLE 蓝牙芯片选型要点

（一）传输距离

经典蓝牙的传输距离通常在 10 - 100 米左右，而低功耗蓝牙在调制方式上进行了优化，以 10 毫瓦分贝的无线芯片组实现了高达 300 米的连接范围。这使得低功耗蓝牙在需要远距离传输数据的场景中具有显著优势。例如，在一些大型仓库中，使用低功耗蓝牙芯片可以实现货物的远程定位和追踪，工作人员无需靠近货物即可获取相关信息。在户外环境监测中，低功耗蓝牙设备可以在较大范围内与传感器节点进行通信，实时收集环境数据。

（二）功耗

低功耗蓝牙的运行和待机功耗极低。在运行状态下，其功耗通常只有几十毫瓦甚至几毫瓦。例如，某些低功耗蓝牙设备在工作时的功耗仅为 10uA 左右，这使得它们可以使用一颗纽扣电池连续工作数月甚至数年。在待机模式下，低功耗蓝牙芯片大部分时间处于睡眠状态，功耗更是微乎其微，平均功耗约为 1 微安。相比之下，传统蓝牙芯片的功耗相对较高，需要频繁充电或更换电池，增加了使用成本和维护难度。

（三）连接方式

低功耗蓝牙具有多种灵活的连接方式。首先，它可以通过点对点连接实现两个设备之间的直接通信，适用于小型设备网络或一对一的数据传输。例如，智能手表与手机之间可以通过低功耗蓝牙进行数据同步。其次，低功耗蓝牙支持广播模式，能够向周围的设备发送信息，实现一对多的通信。在一些商业场景中，如商场内的促销信息推送，可以利用低功耗蓝牙的广播功能向顾客的手机发送优惠信息。此外，低功耗蓝牙还可以通过 Mesh 组网与其他设备相连，构建大规模的设备网络。在智能家居系统中，多个低功耗蓝牙设备可以通过 Mesh 组网实现互联互通，用户可以通过手机 APP 对整个家居系统进行集中控制。

四、低功耗蓝牙芯片推荐

（一）推荐产品特点

这里为大家推荐昱兆微 RM1200 系列低功耗蓝牙芯片。

昱兆微 RM1200 系列芯片具有以下核心技术和特点：首先，它具备 10uA 超低功耗的特性，在众多低功耗蓝牙芯片中表现极为突出。这使得使用该芯片的设备能够长时间运行，减少频繁充电或更换电池的麻烦，尤其适用于电池供电的小型设备。其次，RM1200 系列芯片拥有 1000 米超远传输距离，远超一般低功耗蓝牙芯片。通过优化的射频技术和信号处理算法，实现了远距离稳定传输，为需要大范围覆盖的应用场景提供了可靠的解决方案。

在性能参数方面，该芯片采用先进的制程工艺，具备高效的数据处理能力和快速的响应速度。它支持多种蓝牙协议版本，兼容性强，能够与不同设备进行无缝连接。封装形式上，采用小型化封装设计，便于集成到各种尺寸的设备中，为产品设计提供了更大的灵活性。

（二）应用场景

昱兆微 RM1200 系列低功耗蓝牙芯片在多个领域有着广泛的应用。

在 Beacon 领域，凭借其超低功耗和远距离传输特性，可以实现精准的位置定位和信息推送。例如在商场、博物馆等场所，为顾客提供导航和展品介绍服务。

在电机驱动方面，可实现无线控制电机的启停、转速调节等功能，提高设备的智能化程度和操作便利性。

充电器领域，低功耗蓝牙芯片可以实现智能充电管理，通过与手机等设备连接，实时监控充电状态，提供过充保护等功能。

温控器应用中，RM1200 系列芯片能够实现远程温度监测和控制，方便用户随时随地调节室内温度，提高生活舒适度。

此外，在智能家居、工业自动化、医疗设备等领域，昱兆微 RM1200 系列低功耗蓝牙芯片也有着广阔的应用前景。它可以将各种设备连接起来，构建智能化的物联网系统，为人们的生活和工作带来更多便利。

五、远距离蓝牙芯片特点

（一）编码方式实现远距离传输

蓝牙 5.0 通过二分之一码率和八分之一码率的代码实现远距离传输。其中，二分之一码率的代码在 500kbps 下，提供了大约 4 - 5dB 的灵敏度以及接近两倍的范围；八分之一码率的代码则可以在 125kbps 下达到 12dB 的灵敏度，并将传输距离扩大至四倍。这种实现远距离传输的方式与 LORA 扩频有异曲同工之妙。LORA 扩频通过扩频技术增加了信号的抗干扰能力和传输距离，蓝牙 5.0 的这种编码方式也类似地提高了信号的灵敏度和传输范围。

（二）芯片优势

远距离蓝牙芯片在多个方面具有显著优势。在传输距离方面，官方宣称最远能实现 300 米的传输距离，实际测试中甚至能达到 400 多米。数据速率方面，支持多种数据速率，如 2Mbs、1Mbs、500kbs、125kbs 等，可以满足不同应用场景的需求。链路预算高达 104dB，保证了信号的稳定性和可靠性。输出功率在 -20dBm ～ 8dBm 之间，可根据实际情况进行调整。接收灵敏度达到 -96dBm，能够捕捉到较弱的信号。这些优势使得远距离蓝牙芯片在各种复杂环境下都能实现稳定的数据传输。

（三）内部模块及引脚参考电路

远距离蓝牙芯片内部模块设计先进且灵活。以 nRF52840 芯片为例，其内部包含无线收发器、基带控制器、闪存、电源管理模块、时钟等功能块。无线收发器是一个工作在 2.4 - 2.5GHz ISM 频段的短距离微波频率射频收发器，使用 GFSK 调制，最大的 TX&RX 数据传输率为 1Mbit/s，能在 79 个信道之间快速地跳频（1600 个信道 /s）。基带控制器基于 ARM7 - Thumb，负责处理底层的链路层功能。闪存存放蓝牙固件，电源管理模块提供芯片所需电源，时钟保证定时精度在 20ppm 之内。

引脚参考电路方面，不同的接口方式有不同的引脚功能。例如 USB 接口符合 USB1.1 规范，通过双向端口 D + &D - 进行数据传输，当使用 USB 接口与主机通信时，芯片是一个 USB 从设备。UART 接口符合工业标准 16C450，支持多种波速率，并有 128 字节的先入先出缓冲器。这些设计使得芯片能够与主机或其他设备进行高效的互联。

六、昱兆微 RM1200 系列芯片亮点

（一）10uA 超低功耗特点

昱兆微 RM1200 系列芯片以其惊人的 10uA 超低功耗在市场中脱颖而出。这一特性使得该芯片在众多蓝牙芯片中独树一帜，为各种设备的长时间运行提供了可靠保障。例如，在智能穿戴设备中，如智能手表、运动手环等，低功耗特性能够确保设备在不频繁充电的情况下持续工作，极大地提升了用户体验。据统计，普通的智能穿戴设备使用传统蓝牙芯片，可能需要每周甚至更短时间充电一次，而采用 RM1200 系列芯片的设备，充电周期可以延长至数月之久。

在一些对功耗要求极高的小型设备中，如无线传感器节点，RM1200 的低功耗特性更是发挥了关键作用。这些传感器节点通常需要长时间工作，以收集环境数据或监测设备状态。由于其功耗极低，一颗小小的纽扣电池就可以为设备提供数月甚至数年的电力支持。这不仅降低了设备的维护成本，还提高了系统的可靠性和稳定性。

（二）1000 米超远传输距离特点

RM1200 系列芯片的 1000 米超远传输距离也是其一大亮点。在实际应用中，这一特性为许多场景带来了极大的便利。例如，在工业自动化领域，大型工厂中的设备分布广泛，传统蓝牙芯片的传输距离有限，往往需要部署多个中继节点才能实现设备之间的通信。而使用 RM1200 系列芯片，可以大大减少中继节点的数量，降低系统的复杂性和成本。

在智慧农业中，广阔的农田和果园需要对各种环境参数进行监测，如土壤湿度、温度、光照强度等。RM1200 的超远传输距离使得传感器节点可以在更大的范围内与控制中心进行通信，无需频繁更换电池或维护设备，提高了农业生产的效率和智能化水平。

在物流和仓储管理中，超远传输距离可以实现对货物的远程跟踪和管理。工作人员可以在较远的距离内读取货物上的蓝牙标签信息，提高工作效率，减少人力成本。

（三）市场竞争力

在竞争激烈的蓝牙芯片市场中，昱兆微 RM1200 系列芯片凭借其独特的优势展现出强大的竞争力。首先，在功耗方面，10uA 的超低功耗远远低于市场上大多数同类产品，为设备制造商提供了更节能、更环保的解决方案。其次，1000 米的超远传输距离打破了传统蓝牙芯片的距离限制，满足了更多应用场景的需求。

此外，RM1200 系列芯片还具有高集成度、低成本的特点。它集成了充电功能和 LDO/DC - DC，工作电压为 1.8 - 5.5V。在一个带有充电电池的系统中采用 RM1200，可以节省复位芯片、充电芯片和 LDO 芯片，大幅降低整体 BOM 成本和加工成本。同时，因为减少了 BOM，降低了系统复杂度，从而提高了系统的可靠性、减少了产品的不良率。

在性能方面，RM1200 系列芯片支持多种蓝牙协议版本，兼容性强，能够与不同设备进行无缝连接。它还具备所有引脚的 ESD 超过 4KV（HBM），天线口 ESD 性能达 8KV 的高抗干扰能力，以及谐波辐射强度比 FCC 的标准低 10 个 dB 的优良特性。工作环境温度范围为 - 40°~125°，适应各种恶劣环境。

总之，昱兆微 RM1200 系列芯片以其 10uA 超低功耗、1000 米超远传输距离、高集成度、低成本和强大的性能等特点，在蓝牙芯片市场中具有显著的竞争力，为众多领域的智能化发展提供了有力的支持。

七、BLE 蓝牙芯片选型总结

（一）性能特点

1. 低功耗：低功耗是 BLE 蓝牙芯片的重要特性之一，能够延长设备的续航时间。在选型时，应关注芯片的睡眠模式功耗、工作模式功耗以及不同工作状态下的功耗表现。例如，一些芯片在睡眠模式下功耗仅为几微安，而在工作模式下功耗也能控制在较低水平。
2. 传输距离：根据实际应用场景的需求，选择合适的传输距离。如果需要远距离传输，可以考虑具备超远传输距离特性的芯片，如昱兆微 RM1200 系列芯片的 1000 米超远传输距离。但需要注意的是，实际传输距离可能会受到环境因素的影响。
3. 稳定性：稳定性是保证数据传输可靠的关键。芯片应具备自适应跳频等技术，能够在复杂的射频环境中保持稳定传输。同时，良好的抗干扰能力也是稳定性的重要体现。
4. 兼容性：支持多种蓝牙协议版本，能够与不同设备进行无缝连接。兼容性强的芯片可以为设备的扩展和升级提供更多可能性。

（二）应用场景

1. 智能家居：在智能家居领域，BLE 蓝牙芯片可以实现设备之间的互联互通，如智能灯光控制、智能窗帘控制、智能家电控制等。低功耗特性使得设备可以长时间运行，无需频繁更换电池。
2. 智能穿戴：智能手表、运动手环等智能穿戴设备对功耗要求极高，BLE 蓝牙芯片的低功耗特性能够满足这些设备的需求。同时，超远传输距离可以实现与手机等设备的稳定连接。
3. 工业自动化：在工业自动化领域，BLE 蓝牙芯片可以实现设备的远程监测和控制。超远传输距离可以减少中继节点的数量，降低系统的复杂性和成本。
4. 物流和仓储管理：在物流和仓储管理中，BLE 蓝牙芯片可以实现对货物的远程跟踪和管理。工作人员可以在较远的距离内读取货物上的蓝牙标签信息，提高工作效率。

（三）成本

1. 芯片价格：不同品牌和型号的芯片价格差距较大。在选型时，应根据自己的预算，选择性价比高的芯片。同时，要考虑芯片的性能和质量，不能仅仅追求低价。
2. 开发成本：开发 BLE 蓝牙芯片需要相应的软件工具、开发文档和技术支持等。这些资源和支持的质量和可用性会影响开发成本和效率。选择有良好开发资源和支持的芯片厂商，可以降低开发成本和风险。
3. 维护成本：设备的维护成本也是需要考虑的因素。低功耗芯片可以减少电池更换的频率，降低维护成本。同时，稳定性好的芯片可以减少设备故障的发生，降低维护成本。

总之，在选择 BLE 蓝牙芯片时，需要综合考虑性能特点、应用场景和成本等因素。根据自己的实际需求，选择最适合的芯片，才能实现设备的最佳性能和价值。