哪種藍(lán)牙MCU最適合您的設(shè)計(jì)？

當(dāng)今的藍(lán)牙微控制器是集成的微小奇跡。即使是空間要求最小的嵌入式設(shè)計(jì)中也適用，并將CPU、內(nèi)存資源和外設(shè)以及射頻功能所需的元件封裝在一起。但藍(lán)牙MCU的型號(hào)以及其具有的“藍(lán)色色調(diào)”多得讓人眼花繚亂、無(wú)從選擇。

為了幫助縮小選擇范圍并為您的設(shè)計(jì)找到恰當(dāng)?shù)纳{(diào)，考慮設(shè)備功能和射頻性能這兩種不同類別的參數(shù)很有用。我們仔細(xì)了解一下每個(gè)參數(shù)。

功能變化

這涵蓋了藍(lán)牙MCU的能力和不足。需要考慮的關(guān)鍵區(qū)別是支持的藍(lán)牙版本、專有協(xié)議的使用以及MCU的連接資源。

●   Bluetooth SIG版本（4.2、5.0、5.1等）

Bluetooth SIG的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本中，都有必選和可選功能。必選功能確保認(rèn)證設(shè)備滿足最低限度的功能，而可選功能，顧名思義，是幫助實(shí)現(xiàn)諸如改進(jìn)功耗、擴(kuò)展范圍或支持新用例等功能。例如，有遠(yuǎn)程連接、測(cè)向和廣告擴(kuò)展的可選功能。需要注意的是，大多數(shù)可選功能只有在無(wú)線連接的兩側(cè)都存在時(shí)才起作用。要了解給定MCU的可選功能，請(qǐng)仔細(xì)查看產(chǎn)品規(guī)格。例如，在當(dāng)前的恩智浦產(chǎn)品組合中，我們擁有實(shí)現(xiàn)版本4.2到5.0的藍(lán)牙MCU。KW38是一款藍(lán)牙5.0設(shè)備，支持5.0的所有可選功能，包括遠(yuǎn)程功能。

●   Rx/Tx專有場(chǎng)景

許多藍(lán)牙產(chǎn)品支持您訪問(wèn)并控制無(wú)線設(shè)備，因此您的設(shè)備可以支持專有的接收和發(fā)送場(chǎng)景。如果您希望在提供較低延遲和較低功耗的特定頻段內(nèi)通信，這些場(chǎng)景將非常有用。這些Rx/Tx專有場(chǎng)景不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，因此可能很難知道支持該協(xié)議需要什么。恩智浦的KW系列和QN908x采用獨(dú)立的通用頻移鍵控（FSK）鏈路層完善了藍(lán)牙堆棧軟件，而采用此藍(lán)牙產(chǎn)品驗(yàn)證的一組軟件API簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)專有協(xié)議的任務(wù)。

●   連接資源

有幾個(gè)參數(shù)屬于這一類，但最常見(jiàn)的是設(shè)備可以支持的外設(shè)數(shù)量、接受或配對(duì)設(shè)備列表的大小以及可解析的專用地址的數(shù)量。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算性能更高的藍(lán)牙MCU會(huì)提供更多的連接資源。最簡(jiǎn)單的設(shè)備通常最多支持三個(gè)連接，恩智浦的藍(lán)牙MCU在整個(gè)產(chǎn)品組合中支持8到16個(gè)設(shè)備。

性能變化

此類別涵蓋了給定藍(lán)牙MCU執(zhí)行射頻相關(guān)功能的良好情況。而要考慮的關(guān)鍵特性是接收器（Rx）靈敏度、發(fā)射器（Tx）輸出功率和發(fā)射器/接收器功耗。

●   Rx靈敏度

這測(cè)量了藍(lán)牙MCU檢測(cè)和處理無(wú)線數(shù)據(jù)所需的信號(hào)強(qiáng)度，通常表明了具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中信號(hào)性能的穩(wěn)健程度以及支持的射程。設(shè)備越靈敏，射程就越長(zhǎng)。接收器靈敏度通常以特定的調(diào)制和比特率表示，例如低功耗（LE）藍(lán)牙的靈敏度為1 Mbps。請(qǐng)注意，靈敏度測(cè)量使用對(duì)數(shù)刻度，因此微小的差異都會(huì)對(duì)信號(hào)性能產(chǎn)生影響。例如，額定值的范圍從-93 dBm到-98 dBm，這是信號(hào)較好情況的兩倍多。規(guī)定的靈敏度通常是考慮的起點(diǎn)，因?yàn)樗硎咀罴亚闆r。其他需要考慮的因素還有天線、PCB甚至設(shè)備封裝（晶圓級(jí)封裝通常性能更好）。恩智浦產(chǎn)品組合的亮點(diǎn)包括QN908x系統(tǒng)級(jí)封裝（帶NFC的SiP0，規(guī)格為-92.7 dBm）和KW38藍(lán)牙5.0 MCU（可達(dá)到-98 dBm）。

●   Tx輸出功率

這可以測(cè)量射頻傳輸?shù)墓β蚀笮?。為了減少對(duì)外部功率放大器（PA）的需求，藍(lán)牙MCU有時(shí)會(huì)集成自己的功率放大器，因此它們可以將射頻功率提升到更高的水平。更高的輸出功率可擴(kuò)展傳輸范圍并克服環(huán)境對(duì)傳輸?shù)挠绊?。?dāng)今的綜合發(fā)射功率額定值從0 dBm到近20 dBm。添加外部功率放大器所能達(dá)到的水平，可能會(huì)超出僅使用集成功能的水平。在恩智浦產(chǎn)品組合中，Tx輸出功率范圍從2 dBm到15 dBm，最近發(fā)布的K32W041A支持15 dBm輸出功率。

●   Tx/Rx功耗

它可測(cè)量藍(lán)牙MCU啟用無(wú)線設(shè)備接收或發(fā)送模式所需的功率。這是電池供電應(yīng)用的一個(gè)重要參數(shù)。它通常表示為特定電壓電平下的電流。發(fā)射功率通常以標(biāo)稱發(fā)射輸出功率（0 DBm）表示，這使我們更容易了解藍(lán)牙無(wú)線設(shè)備的節(jié)能情況。較低的Tx和Rx峰值電流可能會(huì)延長(zhǎng)電池壽命，但這在很大程度上取決于應(yīng)用需要完成的任務(wù)。最先進(jìn)的藍(lán)牙MCU在Tx和Rx場(chǎng)景中的功率低于12 mW。未經(jīng)優(yōu)化的藍(lán)牙MCU可能需要高達(dá)40 mW的功率，這對(duì)于較小的電池來(lái)說(shuō)并不理想，但對(duì)于壁式供電的應(yīng)用（如燈泡）來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)很好的選擇。恩智浦產(chǎn)品組合包括高度優(yōu)化的QN908x，它支持功率低于12 mW的發(fā)射器和接收器，以及其他更接近20 mW的解決方案，這仍然是電池運(yùn)行的良好選擇。

其他考慮因素

除了功能和性能之外，與嵌入式設(shè)計(jì)相關(guān)的其他因素也會(huì)影響您的選擇。例如，內(nèi)存量、外設(shè)數(shù)量和對(duì)省電模式的支持等特定的MCU功能，在選擇過(guò)程中都起著重要作用。

從更廣泛的角度來(lái)看，還要考慮哪些有助于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)和區(qū)分設(shè)計(jì)。此時(shí)軟件支持、技術(shù)支持和互補(bǔ)產(chǎn)品就會(huì)浮現(xiàn)在腦海中。這正是恩智浦脫穎而出的一個(gè)領(lǐng)域，我們提供經(jīng)行業(yè)驗(yàn)證的各種安全解決方案，將藍(lán)牙與Wi-Fi和NFC等其他連接技術(shù)相結(jié)合，并擁有致力于邊緣解決方案的廣泛產(chǎn)品組合。簡(jiǎn)而言之，我們能為嵌入式系統(tǒng)提供極具領(lǐng)先性的技術(shù)廣度和規(guī)模，我們幫助解決從終端節(jié)點(diǎn)到云端的各種藍(lán)牙操作的問(wèn)題。

作者：

Donnie Garcia

恩智浦半導(dǎo)體系統(tǒng)與應(yīng)用工程師

Donnie Garcia從擔(dān)任8位和16位MCU的應(yīng)用工程師開(kāi)始，開(kāi)啟了自己的半導(dǎo)體職業(yè)生涯。他幫助定義和設(shè)計(jì)面向消費(fèi)電子和工業(yè)應(yīng)用的低功耗MCU，目前擔(dān)任物聯(lián)網(wǎng)和安全解決方案的應(yīng)用和系統(tǒng)工程師。Donnie已經(jīng)撰寫(xiě)了近20份技術(shù)出版物（在線研討會(huì)、白皮書(shū)、文章、應(yīng)用筆記、工程公告）。