Микросхемы и модули Bluetooth

Nordic Semiconductor	u-blox

Микросхемы Bluetooth Smart	Модули Classic Bluetooth и Bluetooth Smart

Основая идея Bluetooth - создание универсального, надежного и очень дешевого радиоинтерфейса беспроводного доступа. Сверхминиатюрные экологически безопасные радиопередатчики с малым энергопотреблением легко встраиваються в персональные компьютеры и любые портативные устройства, такие как сотовый телефон, микротелефонные трубки, PDA (Personal Digital Assistant) и др. Технология Bluetooth позволяет обеспечить сопряжение с различным профессиональным и бытовым оборудованием в режимах передачи речи, данных и мультимедиа, при этом будет гарантироваться его электромагнитная совместимость с другим домашним или офисным оборудованием.

Чтобы получить наиболее полное представление о роли Bluetooth среди других представителей группы Short Range RF, обратимся к истории.

Развитие Bluetooth с самого начала шло по пути увеличения скорости обмена данными, снижения энергопотребления, повышения безопасности и надежности соединения. Вплоть до версии 3.0 сохранялась обратная совместимость всех версий Bluetooth между собой. До сих пор в эксплуатации встречаются устройства Bluetooth версий 1.1 и 1.2, которые успешно используются совместно с 2.0 и 2.1.

Bluetooth 3.0 является чем-то средним между Bluetooth и Wi-Fi. Модули с ее поддержкой соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 (Wi-Fi) и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Это один из наиболее ярких примеров объединения двух разных технологий для завоевания новых сегментов рынка. Правда, успеха эта попытка не имела: распространения Bluetooth 3.0 не получил.

Bluetooth 4.0 не имеет обратной совместимости с предыдущими версиями. Сверхнизкое энергопотребление достигается за счет использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет. Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета 8–27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 мс и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное шифрование.

Предполагается, что Bluetooth 4.0 будет конкурировать и вытеснять ZigBee в классе малопотребляющих радиочастотных устройств с поддержкой сложных сетей. Это также является ярким примером пересечения двух разных технологий, в данном случае — ZigBee и Bluetooth.

В данный момент наиболее отчетливо можно выделить три основные разновидности технологии Bluetooth:

Bluetooth 2.0/2.1 + EDR = Classic Bluetooth(тип. применение – аудио гарнитуры, мышки, клавиатуры)
Bluetooth Smart = Bluetooth Low Energy = Bluetooth 4.0/4.1/4.2/5.0 Single Mode (устройства с батарейным питанием и маленьким объемом передаваемых данных)
Bluetooth Smart Ready = Bluetooth 4.0/5.0 Dual Mode = Bluetooth Smart + Classic Bluetooth

Строго говря, технологии Bluetooth Smart и Classic Bluetooth не совместимы между собой в рамках одной сети из-за слишком больших различий в способах модуляции сигналов и протоколах обмена данными. Поэтому, в качестве объединяющего звена между Bluetooth Smart и Classic Bluetooth выступает Bluetooth Smart Ready, содержащая в себе возможности обеих разновидностей Bluetooth.

По характеру взаимодействия со внешними устройствами и приложениями архитектура всех существующих модулей Bluetooth может быть разделена на три вида.

Модули с двухпроцессорной архитектурой (рис. а) не содержат в себе программного высокоуровневого стека Bluetooth с поддержкой стандартных профилей. Это значит, что необходимые профили Bluetooth должны быть реализованы на внешнем процессоре. Взаимодействие внешнего процессора с модулем происходит через виртуальный интерфейс HCI (Host Controller Interface). В частном случае HCI может быть реализован через аппаратный интерфейс SPI или UART.

Модули Bluetooth со встроенной двухпроцессорной архитектурой (рис. б) являются наиболее распространенными. Данная разновидность архитектуры подразумевает наличие стека Bluetooth высокого уровня с поддержкой стандартных профилей непосредственно во внутреннем процессоре модуля. В этом случае приложение, работающее на внешнем процессоре, взаимодействует с модулем Bluetooth через аппаратные интерфейсы.

Однопроцессорная архитектура (рис. в) является наименее распространенной. Для ее реализации разработчик должен создать специальное приложение, которое будет работать на внутреннем процессоре модуля Bluetooth. В этом случае модуль превращается в автономное устройство, доступ к которому через внешние аппаратные интерфейсы закрыт.

Принадлежность модуля к той или иной архитектуре может определяться как его аппаратной реализацией, так и внутренним программным обеспечением. Например, в частном случае один и тот же модуль Bluetooth может быть отнесен к любой из трех разновидностей архитектуры в зависимости от типа прошивки, загруженной во внутренний процессор модуля. Такой подход пользуется наибольшей популярностью среди зарубежных производителей.

Технология Bluetooth Smart сегодня известна практически всем разработчикам беспроводных решений: уникальное сочетание отличных показателей энергопотребления, относительная простота освоения и совместимость со всеми современными смартфонами, планешетными компьютерами и ноутбуками делает решение оптимальным выбором для новых разработок.

Bluetooth Smart, также известная как Bluetooth LowEnergy, является частью спецификации Bluetooth 4.0 / 5.0. В отличие от других спецификаций Bluetooth, решения Bluetooth Smart предназначены для передачи небольших объемов данных при обеспечении высоких показателей энергоэффективности. Наибольшее применение Bluetooth Smart находит в устройствах, взаимодействующих с человеком через смартфон или планшетный компьютер. Bluetooth Smart поддерживается ОС Android 4.3 или более новой, iOS 6 или более новой (iPhone 4S, 5, 5S, 6, iPad).

Bluetooth Smart применяется в:

носимых устройствах (часы, фитнес-трекеры и т.д.)
медицинских устройствах: тонометрах, пульсиметрах, глюкометрах, портативных кардиографах и др.
спортивных устройствах и тренажерах
системах учера энергоресурсов: счетчиках воды, тепла, газа
охранных системах для автомобилей и стационарных объектов
перспективных инновационных решениях: Bluetooth-метки, iBeacon, системы позиционирования в помещениях.

Линии поставок "Беспроводные решения"

Параметрический каталог

Каталог компонентов

Новости

20.12.19

Беспроводные решения

Первый модуль на базе платформы u-blox M9

Компания u-blox AG объявила о доступности инженерных образцов NEO-M9N – первого GNSS модуля на базе новой платформы u-blox M9. Массовое производство начнется уже в начале 2кв. 2020года.

Читать

19.08.19

Беспроводные решения