蓝牙选型、蓝牙设计注意事项

 

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上一篇文章，盘点了国产蓝牙芯片的现状，有些朋友后台留言推荐；

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红海市场，最全国产蓝牙芯盘点

 

今天从芯片选型角度，介绍下如何选择合适的芯片；

 

全文干货，看完保准提出对芯片原厂的灵魂拷问，提前绕过许多不必要的坑。有帮助，请分享给你的朋友~

01

标准自问

 

产品总是会分层，买啥都会有中高低端；正式选芯片前，要先了解好，自己的应用需求是什么？功耗？ 距离？SRRC/FCC认证？还是集成度？不同的应用需求，具体选型适合的标准线会不一样；别人无法使用的，也许我就能够使用；

 

02

芯片基础信息

 

创始人背景

 

靠谱的人做靠谱的事；船长以及核心骨干的出身，基本能定下基调；

 

芯片工艺

 

一般来说，芯片的工艺反应了芯片基础水平及价格水平；当前无线SOC产品及MCU产品的主流工艺还是55nm；以泰凌微举例，其上一代芯片基本是110nm工艺，功耗级别基本在； 新一代产品基于55nm工艺，功耗级别在；

 

另一方面，更高的工艺，芯片的整体面积会更小，芯片成本也会更有优势；

 

芯片可用GPIO

 

一定要提前算好；不同芯片设计时候需要外封的电源口，晶振口，其他固有功能IO情况都不同，QFN32封装的，多的GPIO可能到22，少的可能也只有18，因此前期要沟通好，计算清楚；

 

芯片内部Flash类型

 

目前的无线芯片，Flash一般都是SiP Flash的Die，这里需要确认SiP的Flash是否成熟，SiP的Flash接口类型，Flash支持的速率；如果是非SiP的Flash，最好了解下Flash是哪家的IP，哪些芯片已经成熟应用；别发生程序跑着跑着Flash内容改变或者Flash无法稳定运行的无奈情况；

 

 

03

睡眠相关

 

睡不仅仅是人的主题，也是低功耗芯片的永恒主题。针对BLE，需要了解和睡相关的特性，如下：

 

1. BLE协议栈唤醒可工作的睡眠状态下，需要多少RAM Retention，睡眠电流是多少；尤其针对睡眠模式RAM大小可配置的芯片，这个对于睡眠功耗影响较大；

 

2. 是否支持RTC唤醒；一般情况下，睡眠状态都是需要内部定时器唤醒，如果芯片睡眠状态只支持外部GPIO中断唤醒，需要确认是否满足要求；

 

3. 唤醒时间：芯片唤醒时间多长（包括协议栈正常工作），对功耗也有影响，尤其是频繁唤醒的应用；一般而言，芯片唤醒时间在us级别；

 

4. 管脚状态是否保留：很多时候，调试时候才发现，GPIO在睡眠状态下的状态不保留；因此，对GPIO掉电有要求的应用，一定要确认GPIO在睡眠情况下的状态；

 

5. 看门狗是否能够工作：目前睡眠状态下，基本都不支持看门狗工作；这就需要设计好幻想逻辑；很多应用可能都发生过睡眠状态无法唤醒的问题；针对稳定性要求极高的应用，建议外部加看门狗（定时器）芯片；

 

04

射频相关

 

射频，是BLE最重要的一个指标，这里需要特别注意的有以下几点：

 

射频匹配电路

 

有些芯片的射频匹配电路非常复杂，如下图是TI的CC2640R2F，射频匹配电路元器件过多带来的不仅仅是射频性能问题，还是额外的成本及更高的失效风险；(图中是差分，单端会简单点)

 

 

而目前很多国产蓝牙芯片，都内置了匹配，通过简单的PI电路即可以连到倒F天线，好用又省钱，如下图；

 

 

射频性能

 

BLE芯片一共40个信道；不同信道的灵敏度都不一样，如果说某些关键信道，如广播信道，灵敏度特别差，那么对于整体的性能影响会很大；同时，有射频认证需求的，如FCC/SRRC，最好提前确认芯片是否有通过过相关认证，拿到认真测试的结果，避免到了最后认证阶段出现问题；

 

射频的一致性

 

射频在不同温湿度，不同供电电压下的影响；比如电池供电设备，在降低到2.4V情况下，射频性能是否能够满足要求；这个一般专业的芯片公司，都必须提供低/中/高三个不同温度下的，全频段的RF指标；

 

05

协议栈相关

 

协议栈哪里的

 

买的成熟的协议栈？还是自己做的？还是基于开源的协议栈优化的？协议栈所做的功能性测试、稳定性测试及兼容性测试情况；如果芯片公司针对自己的协议栈测试清单都说不清楚...

 

协议栈认证

 

协议栈有没有拿到BQB认证；可以在SIG的LaunchStudio里面查询到；

 

协议栈的开销

 

基本现在都是BLE SOC，应用代码与蓝牙协议栈共存；这里需要了解协议栈实现的footprint，消耗了多少Flash/RAM，MIPS及Timer资源；这样可以评估剩余资源是否足够我们做应用的开发；

 

协议栈架构

 

协议栈架构如何，基于RTOS还是基于自己的任务管理系统；协议栈是如何实现功耗管理的；协议栈能够支持哪些低功耗状态；进入低功耗及唤醒后的流程如何？这个必须原厂做好，否则应用开发很难进行；

 

协议栈配套例程

 

一般而言，协议栈配套都会提供Central/Peripherial/Scanner/OTA例程；丰富的例程，将使你的开发速度更快；

 

06

硬件设计

 

关键元器件选型

 

一般而言，比较大的几个元器件有DC-DC电感，滤波电容，16M/24M晶振，32.768K晶振，这里需要了解清楚针对这些元器件选型的要求，拿到推荐的BOM清单；

 

针对晶振，需要了解是否需要外部匹配电容，如果不需要，内部匹配电容的大小选择范围多少？基于内部的匹配电容，能够达到的精度是多少，能不能满足蓝牙500ppm的要求?

 

最小系统Layout指南

 

最小系统，尤其DC-DC供电及RF走线的要求，包括线粗，走线等，这对RF性能有很大的影响；

 

其他注意事项

 

芯片设计中其他注意事项，比如某些IO口是否必须上下拉等；不然系统可能无法正常工作；

 

07

生产支持

 

产品最终离不开批量；不批量的产品都在耍流氓；生产过程一般还是需要进行测试验证。

 

1. 芯片是否支持PTM模式?是如何支持PTM的， 是固化在ROM里面还是可以提供PTM的源代码，或者库；

 

2. 芯片的产线烧录方案是什么? 烧录时间和效率是多少? 这个直接影响生产便利性和成本；

 

3. 如何进行频偏的校准；工具是否直接支持；校准后的频偏范围是多少；

 

4. 芯片的功耗数据，RF性能的最大偏差是多少，方便产线进行挑选? 一般芯片公司在芯片测试阶段应该有这方面的数据积累；比如说睡眠电流一般是2uA，那么最恶劣的情况会是6uA还是4uA以内? 同理RF性能也是；

 

08

结语

 

做产品不容易，硬件产品设计，芯片的选型更至关重要；不要因为前期功课的不足，导致人财两空；

 

我们不介意做第一个吃螃蟹的人，但是，拒绝当小白鼠；同意请分享 :-)

 

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