蓝牙技术应用实例与市场评测
2010-12-20 15:02:34
来源：半导体器件应用网
点击：1526
1. 前言
蓝牙（Bluetooth），是一种短距离无线通信技术，用于替代数据电缆，实现多种电子设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接，以及实现数字设备间的无线组网。1998年5月由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等5家公司成立了蓝牙特殊利益小组（SIG），负责联合制定蓝牙规范。蓝牙工作在向全球统一开放的2.4GHz工业、科学、医学（ISM）频段，可以同时传输数据和语音，至多8个活动的蓝牙设备可以共享信道带宽，形成匹克网（piconet），在每一个piconet中，有1个为蓝牙主设备，其余7个为从设备，同时可容许有更多的从设备以暂停（park）的方式锁定到主设备，多个piconet可以相互重叠，形成散射网（scatternet）。
目前，蓝牙（Bluetooth）已经进入到了许多主流消费性产品和运算装置当中，除了适配器，鼠标，键盘，耳机和手机之外，MP3、MP4和数码相框，游戏手柄，音响，Skype Phone也纷纷把蓝牙技术揽入怀中，越来越多的消费者开始使用蓝牙耳机，蓝牙适配器等产品。由于蓝牙的应用越来越广，需求也相应地变得越来越大，所以，很多IC 设计厂家都进入这个领域，分享这份蛋糕，在大陆市场上，几个主要的IC厂家是CSR，Broadcom，ISSC等。在高品质产品中，欧美客户更容易接受Broadcom，CSR的产品，在高仿和低价格产品中，客户更容易接受ISSC等台湾公司的产品。
2. 蓝牙协议概述
SIG所颁布的蓝牙规范就是蓝牙无线通信协议标准，它规定了蓝牙应用应遵循的标准和需要达到的要求，包括核心协议（Core）与应用框架（Profiles）两部分。协议规范部分定义了蓝牙的各层通信协议，遵循开放系统互连参考模型，它是由底层硬件模块，中间层和高端应用层三大部分组成，如图1所示。
2.1 蓝牙底层模块
底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底层模块。它主要由链路管理层（LMPLink Manager Protocol）、基带层（BB Base Band）和射频（RF Rodio Frequency）组成。无线连接层（RF）通过2.4Ghz频段，实现数据流的过滤和传输，它主要定义了对工作在此频段的蓝牙接收机应满足的要求；基带层（ＢＢ）提供了两种不同的物理链路（同步面向连接链路SCO和异步无连接链路ACL），负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输；LMP层负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制，如鉴权和加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝牙主机控制器接口HCI （Host Controller Interface）由基带控制器、连接管理器、控制和事件寄存器等组成，它是蓝牙协议中软硬件之间的接口，它提供了一个调用下层BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和数据的传递必须通过HCI的解释才能进行。HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过传输层进行交互。
2.2 中间协议层
中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP（LogicalLink Control and Adaptation Protocol）、服务发现协议SDP （Service Discovery Protocol）、串口仿真协议（或线缆替换协议RFCOMM）和二进制电话控制协议TCS （Telephony Control protocol Specification）组成。L2CAP是蓝牙协议栈的核心组成部分，也是其它协议实现的基础。它位于基带之上，向上层提供面向连接的和无连接的数据服务。它主要完成数据的拆装、服务质量控制，协议的复用、分组的分割和重组等功能。SDP是一个基于客户/服务器结构的协议。它工作在L2CAP层之上，为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，而服务的属性包括服务的类型及该服务所需的机制或协议信息。RFCOMM是一个仿真有线链路的无线数据仿真协议，符合ETSI标准的TS 07.10串口仿真协议。它在蓝牙基带上仿真RS-232的控制和数据信号，为原先使用串行连接的上层业务提供传送能力。TCS是一个基于ITU-T Q.931建议的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数据呼叫的控制信令，并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程。
2.3 高端应用层
高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分，其主要由选用协议层组成。选用协议层中的PPP （Point-to-Point Protocol）是点到点协议，它由封装、链路控制协议、网络控制协议组成，它定义了串行点到点链路应当如何传输因特网协议数据，其主要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范；TCP/IP(传输控制协议/网络层协议)、UDP（User Datagram Protocol 对象交换协议）是三种已有的协议，它定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设备之间的通信。蓝牙采用或共享这些已有的协议去实现与连接因特网的设备的通信，这样，既可提高效率，又可在一定程度上保证蓝牙技术和其它通信技术的互操作性；OBEX（Object Exchange Protocol）是对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户/服务器模式提供与HTTP（超文本传输协议）相同的基本功能。该协议作为一个开放性标准还定义了可用于交换的电子商务卡、个人日程表、消息、和便条等格式；WAP（Wireless Application Protocol）是无线应用协议，它的目的是要在数字蜂窝电话和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和其它基于因特网的协议。WAE（Wireless Application Environment）是无线应用环境，它提供用于WAP电话和个人数字助理PDA（Personal Digital Assistant）所需的各种应用软件。
当然，我们经常谈到的HFP（Hand Free Profile），HSP(Headset Profile)，A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）等规范，是在设计产品时需要实现具体功能的规范。
3. Broadcom的蓝牙产品介绍
Broadcom是全球著名的IC设计公司，尤其在无线和通信产品方面，她在全球占据着举足轻重的地位。在蓝牙产品方面，Broadcom开始从手机和笔记本等主机端的应用扩展到附件端，目前，Broadcom在蓝牙产品线上的产品逐渐完善，在这里，我们重点谈谈Broadcom在蓝牙单音耳机，立体声耳机，车载，蓝牙HID产品的应用。
3.1 立体声耳机和立体声+车载的应用（BCM2047）
3.1.1 BCM2047的功能特性
在立体声耳机或者立体声车载的应用中，消费者更加注重声音品质和通话效果，而BCM2047给了客户提供了一个最佳的方案，其特性如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0+EDR方案，支持BT2.1的性能。
> 高性能的ARM7TDMI处理器
> 集成USB，UART，SPI，I2S，GPIO，BUTTON MATRIX 扫描器等外围接口
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 支持DUAL-MIC的高品质立体声编码
> 低功耗，硬件电路设计简单
> 包含回音消除和噪声抑制功能
BCM2047的功能结构如图2。
3.1.2 BCM2047的应用案例
BCM2047既可以设计为高品质的单音耳机，也可以设计为高品质的立体声耳机，车载（Car-Kit）等产品，MOTO，NOKIA，SAMSUNG等公司都采用这颗芯片设计相关的产品。设计立体声耳机的结构如图3，设计Audio Dongle的结构如图4。
3.2 单音耳机和单音+车载的产品（BCM2044/BCM2044S）
3.2.1 BCM2044/BCM2044S的功能特性
目前，市面上的单音耳机价格比较便宜，但是音质和通信距离达不到消费者的要求，让消费者感觉蓝牙耳机只是一个鸡肋产品，食之无味，弃之可惜。BCM2044给那些注重产品质量的客户提供了一个很好的选择，其功能特性如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0+EDR方案。
> 高性能的ARM7TDMI处理器
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 高品质声音，低功耗，设计简单
> BCM2044S包含回音消除和噪声抑制功能，利于设计只需要通话的车载产品或者高品质的单音耳机。
其功能结构如图5。
3.2.2 BCM2044/BCM2044S的应用案例
BCM2044主要是设计低价格，高品质的单音耳机，BCM2044S主要设计高品质的单音耳机，以及低价格的车载，MOTO，NOKIA，SAMSUNG等公司都采用这颗芯片设计相关的产品。单声道耳机的结构设计如图6。
3.3 蓝牙HID的产品(BCM2042)
3.3.1 BCM2042的功能特性
在HID（Human Interface Device人机接口设备）的应用领域，我们知道最多的是鼠标键盘，而对于蓝牙HID的应用产品，消费者应用的并不多，但是，全球三大游戏厂家之一，任天堂的WII横空出世，给广大消费者对蓝牙HID的应用一个更好的诠释，这就是Broadcom的BCM2042的杰作，其主要功能如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0方案
> 集成8051微处理器核
> 集成可编程的键盘扫描矩阵
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 低功耗，设计简单，应用广泛
> 应用广泛，能用于无线键盘，无线鼠标/轨迹球，游戏控制器，遥感控制，无线POS等。
3.3.2 BCM2042的应用案例
BCM2042主要用来设计无线键盘，无线鼠标/轨迹球，游戏控制器，遥感控制，无线POS等产品，任天堂，苹果等公司都大量采用这颗芯片设计相关的产品。蓝牙鼠标的设计如图7，蓝牙键盘的设计如图8。
3.4 其它蓝牙扩展芯片
为了满足消费者越来越多的需求，让消费者的日常生活越来越便利，Broadcom结合她的其它无线产品，整合成一系列的扩展应用产品，大大地方便了客户的开发。为了让消费者能享受蓝牙和收音机功能，Broadcom设计了一款BT+FM单芯片（BCM2048），目前NOKIA，MOTO采用了这颗芯片；为了让消费者既可以享用蓝牙技术进行通信，也可以享用WiFi进行网上冲浪，Broadcom设计了一款BT+WiFi单芯片（BCM4332），目前，全球著名的几个厂家都采用了这颗芯片；同时，Broadcom也在设计一款包括BT+WiFi+GPS等功能的单芯片，这些芯片采用了65nm制成技术，大大地降低了芯片的生产成本，芯片的功耗以及缩短了芯片的尺寸，有利于客户设计多种多样的产品。
4. 结束语
目前，蓝牙技术的应用越来越广泛，成本也越来越低，这个市场在前两年也好像火热一阵子，但是在我们现实生活中，有多少人在使用蓝牙产品，大家可以看看，在街上，有几个人带着蓝牙耳机呢？中国这么巨大的市场，居然没有多少人真正使用该项技术，这是什么原因造成的呢？ 我想这主要有几个原因，首先是许多蓝牙产品的质量太差，消费者无法真正体会到蓝牙的便利，用完一次后，就束之高阁；其次是携带不方便，消费者除了带着手机，耳朵上还挂着一个耳机，实在不方便，也不太美观；再次，蓝牙产品价格竞争太激烈，利润也越来越低，使得很多投资者不愿意投入到这个行业来，象JABRA，PARRAT等专业的蓝牙设计产品的公司开始设计其它产业的产品，从而降低风险，由于价格竞争很激烈，也造成很多厂家为了降低成本，而选用质量差的元器件，从而更加造成消费者对蓝牙产品的失望。众所周知，在2007年的第4季度，整个蓝牙产品出货量远远低于去年同期的出货量，我想这值得我们大家思考。
要想让蓝牙技术在2008年更上一层楼，要想让蓝牙成为短距离无线通信的标准，我个人认为我们应该在几个领域里大力发展，首先是大力推广手机应用领域，我们不要像原来那样把手机和耳机分开，而是要强调二合一的概念，把耳机嵌入到手机之中，这样解决了客户携带方便，使用方便的问题，目前全科科技的客户采用Broadcom 的BCM2044实现该功能，并大批量生产；其次，大力推广车载应用领域，目前，很多国家颁布法令，禁止在开车的时候使用手机通话，这给蓝牙车载提供一个非常好的发展平台，消费者可以专心开车，并不耽误和别人通话；最后一个领域，也是最有发展前景的领域，就是家电和遥控领域，大家知道，有多少人会用红外线来传输数据呢？但是家家都有多个遥控家电，多个遥控器，正因为如此，让红外线在过去几年非常红火，而蓝牙技术本来就可以完全取代红外技术，那我们为什么不在这个行业里做文章呢？最明显的例子， 红外线电视遥控器在选择频道时候，只能在同一级中选择，而蓝牙遥控器可以像鼠标或轨迹球的那样，可以进入多级菜单选择，从而方便消费者的操作。既然任天堂可以把WII卖得如火如荼，我也相信我们可以在这个领域把蓝牙技术发挥得淋漓尽致，目前，全科有客户采用BCM2042在设计多功能遥控器（五合一），既可以控制数字机顶盒，也可以控制PC电脑，还可以控制其它家电，这使得消费者不会混淆家里的多个遥控器。
总之，要想让蓝牙这个产业更加良好有序的发展，大家都任重道远。
蓝牙（Bluetooth），是一种短距离无线通信技术，用于替代数据电缆，实现多种电子设备之间的低功耗、低成本、短距离的无线连接，以及实现数字设备间的无线组网。1998年5月由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚、东芝等5家公司成立了蓝牙特殊利益小组（SIG），负责联合制定蓝牙规范。蓝牙工作在向全球统一开放的2.4GHz工业、科学、医学（ISM）频段，可以同时传输数据和语音，至多8个活动的蓝牙设备可以共享信道带宽，形成匹克网（piconet），在每一个piconet中，有1个为蓝牙主设备，其余7个为从设备，同时可容许有更多的从设备以暂停（park）的方式锁定到主设备，多个piconet可以相互重叠，形成散射网（scatternet）。
目前，蓝牙（Bluetooth）已经进入到了许多主流消费性产品和运算装置当中，除了适配器，鼠标，键盘，耳机和手机之外，MP3、MP4和数码相框，游戏手柄，音响，Skype Phone也纷纷把蓝牙技术揽入怀中，越来越多的消费者开始使用蓝牙耳机，蓝牙适配器等产品。由于蓝牙的应用越来越广，需求也相应地变得越来越大，所以，很多IC 设计厂家都进入这个领域，分享这份蛋糕，在大陆市场上，几个主要的IC厂家是CSR，Broadcom，ISSC等。在高品质产品中，欧美客户更容易接受Broadcom，CSR的产品，在高仿和低价格产品中，客户更容易接受ISSC等台湾公司的产品。
2. 蓝牙协议概述
SIG所颁布的蓝牙规范就是蓝牙无线通信协议标准，它规定了蓝牙应用应遵循的标准和需要达到的要求，包括核心协议（Core）与应用框架（Profiles）两部分。协议规范部分定义了蓝牙的各层通信协议，遵循开放系统互连参考模型，它是由底层硬件模块，中间层和高端应用层三大部分组成，如图1所示。
2.1 蓝牙底层模块
底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底层模块。它主要由链路管理层（LMP
2.2 中间协议层
中间协议层由逻辑链路控制与适配协议L2CAP（Logical
2.3 高端应用层
高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分，其主要由选用协议层组成。选用协议层中的PPP （Point-to-Point Protocol）是点到点协议，它由封装、链路控制协议、网络控制协议组成，它定义了串行点到点链路应当如何传输因特网协议数据，其主要用于LAN接入、拨号网络及传真等应用规范；TCP/IP(传输控制协议/网络层协议)、UDP（User Datagram Protocol 对象交换协议）是三种已有的协议，它定义了因特网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设备之间的通信。蓝牙采用或共享这些已有的协议去实现与连接因特网的设备的通信，这样，既可提高效率，又可在一定程度上保证蓝牙技术和其它通信技术的互操作性；OBEX（Object Exchange Protocol）是对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户/服务器模式提供与HTTP（超文本传输协议）相同的基本功能。该协议作为一个开放性标准还定义了可用于交换的电子商务卡、个人日程表、消息、和便条等格式；WAP（Wireless Application Protocol）是无线应用协议，它的目的是要在数字蜂窝电话和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和其它基于因特网的协议。WAE（Wireless Application Environment）是无线应用环境，它提供用于WAP电话和个人数字助理PDA（Personal Digital Assistant）所需的各种应用软件。
当然，我们经常谈到的HFP（Hand Free Profile），HSP(Headset Profile)，A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）等规范，是在设计产品时需要实现具体功能的规范。
3. Broadcom的蓝牙产品介绍
Broadcom是全球著名的IC设计公司，尤其在无线和通信产品方面，她在全球占据着举足轻重的地位。在蓝牙产品方面，Broadcom开始从手机和笔记本等主机端的应用扩展到附件端，目前，Broadcom在蓝牙产品线上的产品逐渐完善，在这里，我们重点谈谈Broadcom在蓝牙单音耳机，立体声耳机，车载，蓝牙HID产品的应用。
3.1 立体声耳机和立体声+车载的应用（BCM2047）
3.1.1 BCM2047的功能特性
在立体声耳机或者立体声车载的应用中，消费者更加注重声音品质和通话效果，而BCM2047给了客户提供了一个最佳的方案，其特性如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0+EDR方案，支持BT2.1的性能。
> 高性能的ARM7TDMI处理器
> 集成USB，UART，SPI，I2S，GPIO，BUTTON MATRIX 扫描器等外围接口
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 支持DUAL-MIC的高品质立体声编码
> 低功耗，硬件电路设计简单
> 包含回音消除和噪声抑制功能
BCM2047的功能结构如图2。
3.1.2 BCM2047的应用案例
BCM2047既可以设计为高品质的单音耳机，也可以设计为高品质的立体声耳机，车载（Car-Kit）等产品，MOTO，NOKIA，SAMSUNG等公司都采用这颗芯片设计相关的产品。设计立体声耳机的结构如图3，设计Audio Dongle的结构如图4。
3.2 单音耳机和单音+车载的产品（BCM2044/BCM2044S）
3.2.1 BCM2044/BCM2044S的功能特性
目前，市面上的单音耳机价格比较便宜，但是音质和通信距离达不到消费者的要求，让消费者感觉蓝牙耳机只是一个鸡肋产品，食之无味，弃之可惜。BCM2044给那些注重产品质量的客户提供了一个很好的选择，其功能特性如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0+EDR方案。
> 高性能的ARM7TDMI处理器
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 高品质声音，低功耗，设计简单
> BCM2044S包含回音消除和噪声抑制功能，利于设计只需要通话的车载产品或者高品质的单音耳机。
其功能结构如图5。
3.2.2 BCM2044/BCM2044S的应用案例
BCM2044主要是设计低价格，高品质的单音耳机，BCM2044S主要设计高品质的单音耳机，以及低价格的车载，MOTO，NOKIA，SAMSUNG等公司都采用这颗芯片设计相关的产品。单声道耳机的结构设计如图6。
3.3 蓝牙HID的产品(BCM2042)
3.3.1 BCM2042的功能特性
在HID（Human Interface Device人机接口设备）的应用领域，我们知道最多的是鼠标键盘，而对于蓝牙HID的应用产品，消费者应用的并不多，但是，全球三大游戏厂家之一，任天堂的WII横空出世，给广大消费者对蓝牙HID的应用一个更好的诠释，这就是Broadcom的BCM2042的杰作，其主要功能如下：
> 单晶片蓝牙BT2.0方案
> 集成8051微处理器核
> 集成可编程的键盘扫描矩阵
> 集成平衡滤波器和充电电路
> 低功耗，设计简单，应用广泛
> 应用广泛，能用于无线键盘，无线鼠标/轨迹球，游戏控制器，遥感控制，无线POS等。
3.3.2 BCM2042的应用案例
BCM2042主要用来设计无线键盘，无线鼠标/轨迹球，游戏控制器，遥感控制，无线POS等产品，任天堂，苹果等公司都大量采用这颗芯片设计相关的产品。蓝牙鼠标的设计如图7，蓝牙键盘的设计如图8。
3.4 其它蓝牙扩展芯片
为了满足消费者越来越多的需求，让消费者的日常生活越来越便利，Broadcom结合她的其它无线产品，整合成一系列的扩展应用产品，大大地方便了客户的开发。为了让消费者能享受蓝牙和收音机功能，Broadcom设计了一款BT+FM单芯片（BCM2048），目前NOKIA，MOTO采用了这颗芯片；为了让消费者既可以享用蓝牙技术进行通信，也可以享用WiFi进行网上冲浪，Broadcom设计了一款BT+WiFi单芯片（BCM4332），目前，全球著名的几个厂家都采用了这颗芯片；同时，Broadcom也在设计一款包括BT+WiFi+GPS等功能的单芯片，这些芯片采用了65nm制成技术，大大地降低了芯片的生产成本，芯片的功耗以及缩短了芯片的尺寸，有利于客户设计多种多样的产品。
4. 结束语
目前，蓝牙技术的应用越来越广泛，成本也越来越低，这个市场在前两年也好像火热一阵子，但是在我们现实生活中，有多少人在使用蓝牙产品，大家可以看看，在街上，有几个人带着蓝牙耳机呢？中国这么巨大的市场，居然没有多少人真正使用该项技术，这是什么原因造成的呢？ 我想这主要有几个原因，首先是许多蓝牙产品的质量太差，消费者无法真正体会到蓝牙的便利，用完一次后，就束之高阁；其次是携带不方便，消费者除了带着手机，耳朵上还挂着一个耳机，实在不方便，也不太美观；再次，蓝牙产品价格竞争太激烈，利润也越来越低，使得很多投资者不愿意投入到这个行业来，象JABRA，PARRAT等专业的蓝牙设计产品的公司开始设计其它产业的产品，从而降低风险，由于价格竞争很激烈，也造成很多厂家为了降低成本，而选用质量差的元器件，从而更加造成消费者对蓝牙产品的失望。众所周知，在2007年的第4季度，整个蓝牙产品出货量远远低于去年同期的出货量，我想这值得我们大家思考。
要想让蓝牙技术在2008年更上一层楼，要想让蓝牙成为短距离无线通信的标准，我个人认为我们应该在几个领域里大力发展，首先是大力推广手机应用领域，我们不要像原来那样把手机和耳机分开，而是要强调二合一的概念，把耳机嵌入到手机之中，这样解决了客户携带方便，使用方便的问题，目前全科科技的客户采用Broadcom 的BCM2044实现该功能，并大批量生产；其次，大力推广车载应用领域，目前，很多国家颁布法令，禁止在开车的时候使用手机通话，这给蓝牙车载提供一个非常好的发展平台，消费者可以专心开车，并不耽误和别人通话；最后一个领域，也是最有发展前景的领域，就是家电和遥控领域，大家知道，有多少人会用红外线来传输数据呢？但是家家都有多个遥控家电，多个遥控器，正因为如此，让红外线在过去几年非常红火，而蓝牙技术本来就可以完全取代红外技术，那我们为什么不在这个行业里做文章呢？最明显的例子， 红外线电视遥控器在选择频道时候，只能在同一级中选择，而蓝牙遥控器可以像鼠标或轨迹球的那样，可以进入多级菜单选择，从而方便消费者的操作。既然任天堂可以把WII卖得如火如荼，我也相信我们可以在这个领域把蓝牙技术发挥得淋漓尽致，目前，全科有客户采用BCM2042在设计多功能遥控器（五合一），既可以控制数字机顶盒，也可以控制PC电脑，还可以控制其它家电，这使得消费者不会混淆家里的多个遥控器。
总之，要想让蓝牙这个产业更加良好有序的发展，大家都任重道远。
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