加快低功耗藍(lán)牙技術(shù)的開發(fā)

　　電子消費品市場正在爭先恐后地推出下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以期贏得客戶的芳心。從體質(zhì)監(jiān)測器、 智能門鎖、燈泡到智能水杯，產(chǎn)品公司在這些新興市場競相建立自己的統(tǒng)治地位。如今，這些產(chǎn)品中的大部分都功能相似，差異甚微。除了產(chǎn)品設(shè)計與外形上的區(qū)別之外，勝出的產(chǎn)品一般是首先上市的產(chǎn)品。經(jīng)過此前許多失敗的的眾籌項目的教訓(xùn)，提前宣傳的“霧件”已經(jīng)不再能夠贏得聰明的消費者了。

　　當(dāng)務(wù)之急是概念化具有不同功能的新物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，而更重要的是盡快讓這些產(chǎn)品上市。但如果您曾開發(fā)過商業(yè)級無線產(chǎn)品，就會知道推出開發(fā)周期短的產(chǎn)品有多困難，尤其是當(dāng)開發(fā)者并沒有處理無線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證與監(jiān)管審批的專業(yè)經(jīng)驗的時候，而這些認(rèn)證與審批是在成熟的消費市場銷售這些產(chǎn)品的準(zhǔn)入條件。此外，由于第二代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品正在特征、尺寸與電池壽命上產(chǎn)生差異，開發(fā)人員就如何整合這些看似矛盾的特征需求正面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

　　標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)認(rèn)證

　　圖 1：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的復(fù)雜認(rèn)證流程

　　無線標(biāo)準(zhǔn)十分重要。它們將射頻的功能與具體、確定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格相結(jié)合，工程師可以安心地使用而不必過于擔(dān)心意外。雖然這使各行業(yè)能夠開發(fā)互相通信(通用射頻規(guī)格)和使用通用語言(通用協(xié)議棧)的無線產(chǎn)品，但隨著而來的難題是如何讓標(biāo)準(zhǔn)制定者——官方機(jī)構(gòu)，對這些無線產(chǎn)品進(jìn)行測試和認(rèn)證。

　　低功耗藍(lán)牙(或智能藍(lán)牙) 已成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的普遍無線標(biāo)準(zhǔn)，這主要是因為其簡單的協(xié)議棧(比傳統(tǒng)藍(lán)牙或WiFi簡單，但還未達(dá)到非常簡單的程度)以及為低功耗無線通信定義的架構(gòu)。制造智能藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)人員必須經(jīng)過藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)根據(jù)藍(lán)牙4.x標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)規(guī)格所指定的的產(chǎn)品測試與認(rèn)證。成功通過藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟認(rèn)證的產(chǎn)品將得到一個認(rèn)證識別碼(QDID)。另外，如果要宣傳終端產(chǎn)品為智能藍(lán)牙產(chǎn)品，則該產(chǎn)品還需要一個不那么復(fù)雜和昂貴的聲明識別碼， 這樣才能在產(chǎn)品的包裝盒上加入藍(lán)牙標(biāo)識。

　　附錄A：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟認(rèn)證測試與文檔處理流程

　　參考資料： https://www.bluetooth.org/en-us/test-qualification/qualification-overview

　　流程描述

　　1. 創(chuàng)建認(rèn)證項目

　　使用在線測試方案生成器(TPG)：

　　1. 選擇適用的設(shè)計產(chǎn)品類型(終端產(chǎn)品、子系統(tǒng)、組件、開發(fā)工具或測試設(shè)備)

　　2. 選擇該設(shè)計所支持的藍(lán)牙規(guī)格特征

　　3. 使用TPG中的自動一致性檢查器驗證特征的兼容性

　　4. 生成測試方案流程專家

　　2. 進(jìn)行驗證測試

　　1. 執(zhí)行測試方案中列出的所有測試案例

　　2. 生成測試證明報告

　　3. 在測試方案中記錄結(jié)論，完成后便成為測試聲明測試要求

　　測試設(shè)備

　　3. 創(chuàng)建并保存一個合規(guī)文件夾

　　加入PRD第3.2節(jié)中規(guī)定的所有文檔(例如產(chǎn)品描述、設(shè)計信息和測試證明)

　　4. 提交測試證明

　　上傳測試聲明與測試證明報告

　　附錄 B：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟產(chǎn)品列表與聲明流程

　　參考資料： https://www.bluetooth.org/en-us/test-qualification/qualification-overview

　　步驟流程說明

　　1. 購買聲明識別碼

　　價格視會員等級而定 —— 更多信息參見費用頁面

　　會員概述

　　聲明流程文檔

　　2.創(chuàng)建新的列表

　　使用在線認(rèn)證列表界面(QLI)：

　　1. 引用新項目或正在聲明認(rèn)證設(shè)計的QDID

　　2. 列出您的產(chǎn)品 搜索列表

　　3. 簽署合規(guī)聲明(DoC)

　　有兩種DoC：

　　新的或已進(jìn)行變更的認(rèn)證設(shè)計

　　已使用的或已有品牌的認(rèn)證設(shè)計

　　QLI將根據(jù)您的選擇自動生成對應(yīng)的版本。簽署后的DoC必須添加到新的或進(jìn)行變更的認(rèn)證設(shè)計的合規(guī)文件夾中(例如Start A)

　　監(jiān)管機(jī)構(gòu)的審批

　　圖2：全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)

　　即使已通過官方標(biāo)準(zhǔn)并且完全符合規(guī)定的要求，您的工作仍沒有結(jié)束!現(xiàn)在，您需要獲得各政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，這些機(jī)構(gòu)決定了您是否可以在特定的國家或地區(qū)出售您的產(chǎn)品。比如在美國負(fù)責(zé)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)是美國聯(lián)邦通信委員會(FCC))FCC監(jiān)管美國國內(nèi)50個州的無線電、電視、有線、衛(wèi)星與電纜通信。尤其是在無線通信方面，該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)監(jiān)管設(shè)備發(fā)送/接收無線電訊號的頻譜。此外，F(xiàn)CC要求任何釋放射頻能量的設(shè)備必須按照該機(jī)構(gòu)的規(guī)定進(jìn)行測試。

　　日本總務(wù)省(MIC)

　　歐洲CE 認(rèn)證

　　美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)

　　加拿大工業(yè)部(IC)

　　很多已授權(quán)的公司以此盈利，他們可以幫助您獲得FCC所要求的無線認(rèn)證。一般情況下，該流程需要進(jìn)行大量、反復(fù)的無線設(shè)計與測試，才能準(zhǔn)備好FCC的要求。 準(zhǔn)備完畢后，您要將您的最終產(chǎn)品提交給FCC進(jìn)行最終測試與認(rèn)證，整個過程需要花費8到12個星期(這是在您運氣好且重測最少的情況下)，而測試設(shè)備、代理費用、測試與審核費用等共計達(dá)數(shù)十萬美元。如果您想在其他國家銷售您的產(chǎn)品的話，您還得再重復(fù)一遍這個流程，而且加拿大工業(yè)部、韓國認(rèn)證系統(tǒng)、歐洲CE認(rèn)證等監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求也不盡相同。即便是成功通過認(rèn)證，您也會發(fā)現(xiàn)自己原來希望成為智能互動產(chǎn)品的專家，但卻將大量的資源耗費在了解和解決錯綜復(fù)雜的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證問題。

　　FCC ID

　　FCC-ID是一種適用于最終產(chǎn)品的4至17位唯一識別碼 。該識別碼包含兩個部分：授權(quán)碼和設(shè)備產(chǎn)品代碼。前者是一個3位字符串，是公司為所有射頻設(shè)備申請授權(quán)所使用的永久性申請代碼;后者是FCC ID的非授權(quán)代碼部分，由1至14位數(shù)字組成。FCC-ID必須永久性直接標(biāo)注在無線傳輸器或者無線傳輸器的貼紙或標(biāo)簽上。產(chǎn)品的購買者必須能夠清楚地看到FCC ID 。

　　使用已認(rèn)證的模塊加快上市時間

　　圖3：常見的預(yù)先認(rèn)證智能藍(lán)牙模塊

　　使用已審核和認(rèn)證的模塊是解決這一無線產(chǎn)品審核與認(rèn)證挑戰(zhàn)的一種常用方法。這些模塊一般來自于專業(yè)從事此類模塊設(shè)計與生產(chǎn)的供應(yīng)商，它們?yōu)槟O(shè)計自己的無線系統(tǒng)提供了一個靈活的選擇， 并且確保其能通過冗長和昂貴的審核與認(rèn)證過程。使用這種模塊的一個缺點是它們的外形與特征有所限制，但需要滿足緊張的時間計劃時，這一點常常被忽略。

　　大體上，模塊一般包含無線控制器IC、用于正時的晶振、射頻天線以及匹配網(wǎng)絡(luò)和電源系統(tǒng)所需的電路。除了提供便于使用、可焊接的集成硬件之外，模塊常常還包含無線IC上的預(yù)裝固件，一般是所支持的無線協(xié)議棧和一個能夠與無線控制器輕松對接的命令集。

　　模塊幾乎都帶有無線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，比如低功耗藍(lán)牙模塊的QDID等。因此，最終產(chǎn)品開發(fā)者可以輕松地參考預(yù)先認(rèn)證的ID，無需自行通過認(rèn)證流程。對于最終產(chǎn)品，仍需要完成產(chǎn)品聲明才能獲得對應(yīng)的管理標(biāo)準(zhǔn)符號與標(biāo)識(例如藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟SIG)，但此類聲明的要求一般比認(rèn)證流程要簡單得多。部分帶有集成射頻天線(各種類型，比如陶瓷天線或板載天線)的模塊包含了附加的監(jiān)管認(rèn)證與審核。預(yù)先認(rèn)證模塊如果帶有FCC ID，則就無需擔(dān)心您的無線系統(tǒng)是否能夠通過FCC嚴(yán)格的測試。您可能仍需要為最終產(chǎn)品系統(tǒng)中的其他輻射部分取得FCC認(rèn)證，但因為產(chǎn)品主要的無線子系統(tǒng)已預(yù)先認(rèn)證，從長遠(yuǎn)來看，這可以為您節(jié)省大量的時間與金錢。

　　選擇合適的智能藍(lán)牙(低功耗藍(lán)牙)模塊

　　隨著智能藍(lán)牙日漸成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品低功耗無線系統(tǒng)的普遍選擇，目前市場上已有多款已預(yù)先通過該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的模塊可供選擇。這些模塊中的大部分由專門從事模塊設(shè)計與制造的公司提供，這些公司采用專業(yè)工藝進(jìn)行無線設(shè)計并制造可靠的小外形模塊。雖然知道模塊由專業(yè)公司制造會對您有所幫助，但這些公司常常存在支持上的缺陷(或缺少支持)，因此您不得不去其他供應(yīng)商那里解決無線控制器IC(來自芯片制造商)或無線協(xié)議棧(來自軟件供應(yīng)商)的問題。

　　為了幫助開發(fā)人員，業(yè)內(nèi)的一些公司目前通過IC設(shè)計、軟件開發(fā)與模塊制造性能提供內(nèi)部端對端解決方案。比如賽普拉斯半導(dǎo)體公司最近將其大獲成功的觸摸板模塊制造能力擴(kuò)展到無線模塊領(lǐng)域，而芯科科技(Silicon Labs)則在近期收購了一家熱門的模塊制造商 —— Bluegiga。其他無線IC供應(yīng)商，比如 CSR 和Dialog Semiconductor等則依靠美國微芯科技(Microchip)或松下等第三方模塊制造商為其提供預(yù)先認(rèn)證的模塊解決方案。

　　圖4：賽普拉斯半導(dǎo)體公司的高集成EZ-BLE PSoC模塊

　　模塊供應(yīng)商提供差異化產(chǎn)品的另一種方法是將更多特征集成到他們的產(chǎn)品中。最常見的模塊有簡單的通信模塊，它們依靠的是自帶微控制器的系統(tǒng)，并且通過UART/SPI/I2C等標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口訪問系統(tǒng)，從而管理系統(tǒng)內(nèi)的無線通信功能。

　　松下的暢銷產(chǎn)品PAN1740 使用Dialog半導(dǎo)體的無線控制器IC，并且提供小型(9x9.5x1.8mm)低功耗智能藍(lán)牙模塊，但該模塊的特征集成度較低，只提供最基本的功能。Dialog的無線控制器IC包含 16MHz ARM? Cortex?-M0 CPU、適用于 UART/I2C/SPI, 42KB SRAM的串行通信接口、適用于智能藍(lán)牙配置文件的32KB OTP(一次性可編程)以及帶有智能藍(lán)牙協(xié)議棧的84KB ROM。

　　隨著行業(yè)趨勢向小型的最終產(chǎn)品不斷發(fā)展，高特征集成度成為了選擇合適智能藍(lán)牙模塊的關(guān)鍵。芯科科技的BLE113 模塊包含一個帶8KB SRAM的 8位 8051 CPU以及 應(yīng)用固件與智能藍(lán)牙配置文件的256KB閃存、用于將模擬傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的ADC以及驅(qū)動LED或簡易蜂鳴器的 PWM。為了實現(xiàn)較高的功能集成，該模塊在尺寸上作出了妥協(xié)( 15.75x9.15x2.1mm)，并且只提供UART接口用于配置和執(zhí)行無線協(xié)議棧，這使其可配置性也受到了一定的限制。而賽普拉斯半導(dǎo)體的 EZ-BLE PSoC 模塊則很好地平衡了尺寸、功能集成度與可編程性。該模塊的尺寸為11x11x1.8毫米，雖然不是市面上最小的，但單位功能集成度最高。PSoC 4 BLE 集成無線控制器IC包含帶有多種通信接口(UART/SPI/I2C/I2S)的 48MHz ARM? Cortex?-M0 CPU 以及可編程模擬前端，從而無需通過任何外部IC來連接模擬傳感器 ——該配置滿足了板載傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的常見需求。另外，EZ-BLE PSoC模塊還具有賽普拉斯業(yè)界領(lǐng)先的CapSense?觸摸傳感技術(shù)，使您可以輕松地向終端產(chǎn)品添加復(fù)雜的用戶界面。正如上文所述，賽普拉斯的模塊還有另一項關(guān)鍵優(yōu)勢：賽普拉斯是業(yè)內(nèi)為數(shù)不多的具備自產(chǎn)MCU與無線IC、協(xié)議棧軟件以及模塊制造能力的供應(yīng)商之一。

　　所有上述模塊都提供已認(rèn)證的智能藍(lán)牙QDID并且通過了FC、CE、IC、KC等機(jī)構(gòu)的監(jiān)管審核。它們支持的無線通信范圍幾乎相同，這是因為它們必須符合藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，工程師可以根據(jù)最終產(chǎn)品的特征與尺寸要求，從多款出色的已通過認(rèn)證與審核的智能藍(lán)牙模塊中進(jìn)行選擇。通過使用這些模塊，設(shè)計師可以節(jié)省8至12周的產(chǎn)品開發(fā)時間和超過10多萬美元的無線審核與認(rèn)證流程費用。