接近標(biāo)簽(Proximity tag)逐漸成為藍(lán)牙智能技術(shù)低功耗特性的流行應(yīng)用,，使用者可以在貴重物品或易丟失物品加 一個(gè)標(biāo)簽(tag),，然后使用應(yīng)用程序跟蹤該標(biāo)簽,。

目前已涌現(xiàn)出許多提供此類應(yīng)用程序的公司,，藍(lán)牙智 能技術(shù)的基礎(chǔ)實(shí)施會(huì)極大地影響用戶體驗(yàn),，并決定哪些初創(chuàng) 企業(yè)能夠活下來(lái),。

對(duì)曾經(jīng)費(fèi)力到處尋找鑰匙,、錢包甚至孩子的人來(lái)說(shuō),， 來(lái)自Tile、Protag,、TrackR,、Hippih、Pally和Audiovox等公司 的跟蹤裝置及相關(guān)應(yīng)用程序?qū)嵲谑莻€(gè)福音,。

這些標(biāo)簽支持30米(100英尺)的感應(yīng)距離,，能附加于 任何移動(dòng)或易于遺落的人或物品，并以智能手機(jī)上預(yù)設(shè)的提 示聲音(震動(dòng),、鈴聲或定制鈴聲)提醒用戶,，該人或物品已 超出距離范圍。

這 些 設(shè) 計(jì) 還 因 標(biāo) 簽 自 帶 的 蜂 鳴 器 ( 通 常 為 5 0 d B ~ 8 0 dB)的響度,、價(jià)格,、準(zhǔn)確性、響應(yīng)時(shí)間,、雷達(dá)能力,、地理 圍欄,、眾包/搜尋特性(通常基于服務(wù)器),、尺寸和外形,、 所支持的平臺(tái)(iOS、安卓)以及電池壽命等因素而異,。電 池壽命為6至12個(gè)月,，有些設(shè)計(jì)可以使用充電電池。

眾包/搜尋功能特別吸引人,，因?yàn)樯鐓^(qū)用戶數(shù)量越大,， 則找到標(biāo)簽設(shè)備的機(jī)會(huì)就越大，比如在遺落于公園,、餐館或 海灘的情況下,。

一般大小為1英寸×1英寸的裝置，能夠包含以上提到 的所有無(wú)線特性,，同時(shí)電池能夠使用6~12個(gè)月,，這都?xì)w功于 藍(lán)牙智能技術(shù)，藍(lán)牙智能(Bluetooth Smart)亦稱低功耗藍(lán) 牙(Bluetooth Low Energy),，是所有這些裝置共有的基礎(chǔ)無(wú) 線通信技術(shù),。

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圖1 與經(jīng)典藍(lán)牙相比，藍(lán)牙智能具有明顯更少的電流消耗,、更短的延時(shí) 和明顯更低的平均功耗,，因?yàn)槠湓诖蠖鄶?shù)時(shí)間處于睡眠模式

1 為什么使用藍(lán)牙智能

早在1994年藍(lán)牙技術(shù)就以多種形式存在了。它由愛(ài)立 信提出,，目的是為各種裝置提供低功耗的連接方式,，，如鍵 盤(pán)和鼠標(biāo),，它很快應(yīng)用到人機(jī)接口設(shè)備(HID)以及音頻,。 后來(lái)，免提移動(dòng)電話成為一項(xiàng)重要應(yīng)用,。

藍(lán)牙智能真正火起來(lái),，是在解決功耗問(wèn)題且低功耗藍(lán) 牙(BLE)在2010年成為藍(lán)牙4.0規(guī)范的一部分之后，蘋(píng)果公 司在2011年將其用于iPhone 4S,。

藍(lán)牙智能與經(jīng)典藍(lán)牙(藍(lán)牙4.0之前的版本)有許多重 要不同,，使其成為低功耗近接標(biāo)簽應(yīng)用很好的一種選擇。

經(jīng)典藍(lán)牙無(wú)線電的典型電流消耗通常約為4 0 m A ( 3

V),，但最低等級(jí)藍(lán)牙無(wú)線電發(fā)射功率0 dBm輸出,，且電流 消耗低于5 mA(3 V)，同時(shí)在許多環(huán)境中仍然可提供長(zhǎng)達(dá)

50米的感應(yīng)距離,。

圖2 Dialog半導(dǎo)體公司的DA14580集成了一個(gè)藍(lán)牙智能無(wú)線電,、一個(gè) ARM? Cortex?-M0應(yīng)用處理器和智能電源管理功能,。

在某些應(yīng)用中，藍(lán)牙智能的平均功耗可能只有經(jīng)典藍(lán) 牙的百分之一,，這是因?yàn)樗{(lán)牙智能設(shè)備大部分時(shí)間內(nèi)處于睡 眠模式,。喚醒時(shí)間只有6毫秒，相比之下經(jīng)典藍(lán)牙需要100毫 秒,。藍(lán)牙智能設(shè)備能在3毫秒內(nèi)發(fā)送加密數(shù)據(jù)，而經(jīng)典藍(lán)牙 最長(zhǎng)需要1秒種,。藍(lán)牙智能為數(shù)據(jù)提供128位的銀行級(jí)(AES-128)安全性保護(hù),。

藍(lán)牙智能實(shí)際上分為兩種功能：藍(lán)牙智能(Bluetooth Smart)和藍(lán)牙智能就緒(Bluetooth Smart Ready)，唯一差 別是“Ready”是指主控制器設(shè)備(無(wú)論是智能手機(jī)還是電 視)需要的特性,。

藍(lán)牙智能無(wú)線技術(shù)已應(yīng)用在電池獨(dú)立供電的獨(dú)立設(shè)備 中,，廣泛用于各種應(yīng)用，例如向進(jìn)入距離范圍的購(gòu)物者播放 廣告信息,、機(jī)器人跟蹤器,、健康設(shè)備。藍(lán)牙智能也適用于近 接標(biāo)簽應(yīng)用,，這種應(yīng)用需要靠一枚鈕扣電池就運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)一年 時(shí)間,。

2 不同的藍(lán)牙智能實(shí)現(xiàn)方法導(dǎo)致的結(jié)果不一樣 盡管藍(lán)牙智能可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，但具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法 對(duì)系統(tǒng)能耗和電池壽命有很大影響,。選擇作為近接標(biāo)簽核心 部件的藍(lán)牙智能無(wú)線電系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)的主要標(biāo)準(zhǔn)有： 峰值電流消耗,、能耗(考慮應(yīng)用的要求)、接收器靈敏度

(標(biāo)簽需要接收來(lái)自智能手機(jī)的信號(hào),，以便知道其是否在距 離范圍之外),、以及在運(yùn)行時(shí)只需使用一個(gè)小電池(通常為 鈕扣電池)以實(shí)現(xiàn)尺寸最小化的能力。

在實(shí)際應(yīng)用中,，電池壽命還取決于信號(hào)傳輸間隔時(shí)間

(標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)的頻率),，所以當(dāng)比較設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)，重要的 是要確保得出這些數(shù)據(jù)的工作條件相同,，或者非常相似,。為了更詳細(xì)地了解標(biāo)簽工作時(shí)的能耗情況，設(shè)計(jì)工程師需要確

圖3 基于DA14580的SmartTag參考設(shè)計(jì)具有典型的近接標(biāo)簽外形,，并附帶電 路原理圖,、布 線信息、用戶 手冊(cè),、測(cè)試報(bào)告 ,、源代碼以及 SmartTags應(yīng)用源代碼

定每次發(fā)射/接收操作的電量消耗和所需時(shí)間。這些參數(shù)包 括：

? 發(fā)射間隔時(shí)間和每次發(fā)射消耗的電量;

? 冷啟動(dòng)到第一次發(fā)射前需要的時(shí)間和消耗的電量;

? 常規(guī)使用的三個(gè)發(fā)射信道所需的時(shí)間,、峰值電流和消 耗的電量,。

另外,，還需要考慮可執(zhí)行藍(lán)牙智能應(yīng)用程序的SoC中應(yīng) 用代碼的處理器資源。如果有可能實(shí)現(xiàn)無(wú)需使用外部微控制 器的全托管式解決方案,，則還能節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間,、成本和電路 板空間。

在選擇藍(lán)牙智能無(wú)線電時(shí),，有時(shí)會(huì)被忽視一些重要考 慮事項(xiàng)功能集成將決定需要多少外圍元件來(lái)創(chuàng)建信標(biāo),。需要 的元件越少，設(shè)計(jì)工作量就越小,，最終產(chǎn)品的成本就越低,。 更少的元件還意味著能制造更小更可靠的產(chǎn)品。若藍(lán)牙智能 廠商能提供參考設(shè)計(jì)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的軟件,，那么還可進(jìn)一步減 少設(shè)計(jì)工作量,。

3 介紹一種藍(lán)牙智能近接標(biāo)簽參考設(shè)計(jì)

一個(gè)優(yōu)秀的參考設(shè)計(jì)建立在可靠的SoC之上。Dialog半 導(dǎo)體公司的DA14580 “SmartBond” SoC集成了一個(gè)藍(lán)牙智 能無(wú)線電,、一個(gè)ARM? Cortex?-M0應(yīng)用處理器以及智能電源 管理功能,。可以通過(guò)多達(dá)32個(gè)GPIO(圖2)來(lái)訪問(wèn)處理器和 片上數(shù)字和模擬外設(shè),。

為幫助近接標(biāo)簽設(shè)計(jì)工程師快速開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,，該SoC 附帶了SmartTag參考設(shè)計(jì)(圖3)。該參考設(shè)計(jì)提供了所有 需要的功能,，包括LED和蜂鳴器,，用以提供可視和可聽(tīng)信 號(hào)鏈路丟失或find-me警報(bào)，以及用以消除警報(bào)的按鈕,。該參考設(shè)計(jì)還支持軟件在 線升級(jí)( OTA ) ,。