【应用】释放蓝牙5的所有魅力

时间： 2019-07-16 来源：Silicon Labs

技术问答

蓝牙5（Bluetooth5）是无线连接标准蓝牙v4.2的进阶版本。相较于前版，其具有4倍的范围，2倍的速度，和8倍的传输范围。开发人员可以访问BluetoothSIG网站，并下载最新的蓝牙核心规范。在蓝牙5发布之后，有了更强的带宽，令人惊艳的传输速度，为蓝牙产品开发人员注入一季强心针。

为了帮助设计人员掌握蓝牙5的全新功能及开发技巧，SILICON LABS（亦称“芯科科技”）日前举办了一场主题为：“充分发挥蓝牙5性能”的网络研讨会，深入浅出地讨论了蓝牙5的概述及其特点、从此规格受益最多的用例、利用蓝牙5功能的工具和技术。

蓝牙5带来新用例和应用

蓝牙5在保持前一代标准的低功耗的运行模式下，进一步提供更快的数据传输，因此能促进更多的应用成形，增加的信息容量更可以使蓝牙能够传输更丰富、更智能的数据。值得注意的是，蓝牙5达到四倍的距离范围还能让设备连接性能更强大且可靠，解决以往蓝牙距离受限的问题。

蓝牙5亮点功能说明：

1）2x速度

2M：PHY将带宽提高到1.4Mbps

降低15-50％的功耗

2） 4x范围

125 /500kbps带编码的PHY层可提高灵敏度/范围

新的信道选择算法有助于20dBm发射功率在全球范围使用

3） 8x广播能力

广播有效载荷从31字节增加到254字节

37个新广播信道有助于分担3个主要信道的负载

新的广播机制支持更高级的Beacon以及应用

蓝牙5新功能：2M PHY

在蓝牙4版本中仅使用单个1MPHY，新的蓝牙5增加了一个可选的2M PHY，藉此达到更快的数据速率 - 高达1400kbps，而且由于发射、接受时间更短，功耗也能再降低15％-40％。详细的性能比较表如表1所示：

表1 蓝牙5的2M PHY性能比较表

下图显示在二个EFR32BG12 SoC之间测量到的1Mbps PHY和2M PHY连接的平均电流消耗差异。2M PHY最短的80us和44us数据包能够使功耗降到最低，降低约15％的平均功耗。

蓝牙5新功能：长距离LE(LE Coded PHY)

除了速度激增以外，蓝牙5增加了两个新的长距离PHY层，使用1MPHY，但有效载荷编码为125kbps或500kbps，另外则是添加前向纠错和模式映像，提高从4到6dB的灵敏度。此外，蓝牙规范允许使用+20 dBmTX功率频道选择方案（CSA）＃2允许无线电定义最小数量的频道。这些新的选项降低传输量并增加TX / RX次数，意味着能够提高2-4倍的范围，如表2所示：

表2 蓝牙5长距离PHY层功能比较表

蓝牙5新功能：广播强化

蓝牙4版本的广播能力仅使用3个通道、连接数据使用37个通道，受限的广播载荷量（31B）。相较之下，蓝牙5采用3个主要广播通道、37个次要广播和数据通道用于分担主信道负载，可使用任何PHY和高达255B的有效载荷，新的数据包可提供二级数据。这使得高占空比的非连接广播最小广播间隔降至20ms，还能允许新广播数据类型。

在广播集合和扫描事件报告方面，蓝牙5使单一设备可以充当多个Beacon、每个广播使可使用不同的数据、扫描要求通知应用程序。此外，蓝牙5也支持周期性广播，用于流经次级通道的数据，蓝牙连接使用相同的参数。

支持蓝牙5的无线SOC

针对蓝牙5的各项新兴标准及应用功能，Silicon Labs已经提供相应的完整软硬件解决方案——EFR32 Wireless Gecko系列多协议、多频段无线SoC的Blue Gecko蓝牙SoC。使用Silicon Labs 的易用创新型蓝牙SoC、模块和软件把蓝牙连接快速引入运动健身、消费类电子产品、信标和智能家居应用。使用与 Bluetooth 模块和 SoC 相同的直观开发软件，以加快上市时间和加速模块到 SoC 的迁移。

在最新版本的EFR32BG12产品中，同时支持蓝牙5，802.15.4和专有协议等无线标准。针对蓝牙5（2M PHY）也能提供相应的设计支持，并具备高达+19dBm TX功率和-95dBm RX灵敏度。

由于EFR32BG12基于ARM Cortex-M4 MCU，具有先进的外设功能，包括带有FPU和DSP指令的Cortex M4、高达256kB的RAM和1024kB的闪存、63μA/ MHz有效，1.5μA睡眠（EM2，16kB RAM）、使用LESENSE在EM2中模拟传感器数据采集、先进的电容式传感、具有完全模拟性能的1.8-3.8 V电源、集成DC-DC降压转换器，以及采用7x7QFN48和7x7 BGA125封装等。

在安全性方面，EFR32BG12内建多种硬件加密引擎，如AES-128/256，ECC和SHA-1/224/256，也具备真正的随机数码生成器，同时可提供固件安全更新和启动安全校验。

蓝牙5软件和SDK

软件开发工具对于蓝牙设计人员而言的重要性犹如一颗能驱动全身血液的心脏，因此Silicon Labs也同步更新蓝牙产品的软件和SDK，帮助工程师加速开发蓝牙5产品。

新版蓝牙5软件工具功能说明：

• Bluetooth 5兼容

• 2M PHY，广播集，扫描请求报告

• 设备同时支持Central/Peripheral/Advertiser/Scanner

• LE安全连接，双拓扑和数据包拓展。

• Apple HomeKit R8

• 支持可切换式多协议

• 灵活，易用的API

• 用于MCU外设的BGAPI蓝牙API和emLib

• 用于NCP通过UART的BGAPI串行协议

• 用于加密操作和硬件加速的mBedTLS

• 现场可升级

• 全部和部分空中更新模式

• 固件安全更新和启动安全校验

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全部评论（2）

小倾听 Lv8. 研究员 2018-04-26

学习
奋斗 Lv3. 高级工程师 2017-10-17

非常好的技术资料！

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