加快低功耗藍牙技術(shù)的開(kāi)發(fā)

　　電子消費品市場(chǎng)正在爭先恐后地推出下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以期贏(yíng)得客戶(hù)的芳心。從體質(zhì)監測器、 智能門(mén)鎖、燈泡到智能水杯，產(chǎn)品公司在這些新興市場(chǎng)競相建立自己的統治地位。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)品設計與外形上的區別之外，勝出的產(chǎn)品一般是首先上市的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)此前許多失敗的的眾籌項目的教訓，提前宣傳的“霧件”已經(jīng)不再能夠贏(yíng)得聰明的消費者了。

　　當務(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(kāi)發(fā)過(guò)商業(yè)級無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，就會(huì )知道推出開(kāi)發(fā)周期短的產(chǎn)品有多困難，尤其是當開(kāi)發(fā)者并沒(méi)有處理無(wú)線(xiàn)標準認證與監管審批的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗的時(shí)候，而這些認證與審批是在成熟的消費市場(chǎng)銷(xiāo)售這些產(chǎn)品的準入條件。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(kāi)發(fā)人員就如何整合這些看似矛盾的特征需求正面臨著(zhù)一系列的挑戰。

　　標準技術(shù)認證

　　圖 1：藍牙技術(shù)聯(lián)盟的復雜認證流程

　　無(wú)線(xiàn)標準十分重要。它們將射頻的功能與具體、確定的標準和規格相結合，工程師可以安心地使用而不必過(guò)于擔心意外。雖然這使各行業(yè)能夠開(kāi)發(fā)互相通信(通用射頻規格)和使用通用語(yǔ)言(通用協(xié)議棧)的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，但隨著(zhù)而來(lái)的難題是如何讓標準制定者——官方機構，對這些無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品進(jìn)行測試和認證。

　　低功耗藍牙(或智能藍牙) 已成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的普遍無(wú)線(xiàn)標準，這主要是因為其簡(jiǎn)單的協(xié)議棧(比傳統藍牙或WiFi簡(jiǎn)單，但還未達到非常簡(jiǎn)單的程度)以及為低功耗無(wú)線(xiàn)通信定義的架構。制造智能藍牙產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)人員必須經(jīng)過(guò)藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)根據藍牙4.x標準中的技術(shù)規格所指定的的產(chǎn)品測試與認證。成功通過(guò)藍牙技術(shù)聯(lián)盟認證的產(chǎn)品將得到一個(gè)認證識別碼(QDID)。另外，如果要宣傳終端產(chǎn)品為智能藍牙產(chǎn)品，則該產(chǎn)品還需要一個(gè)不那么復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牙標識。

　　附錄A：藍牙技術(shù)聯(lián)盟認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 )建認證項目

　　使用在線(xiàn)測試方案生成器(TPG)：

　　1. 選擇適用的設計產(chǎn)品類(lèi)型(終端產(chǎn)品、子系統、組件、開(kāi)發(fā)工具或測試設備)

　　2. 選擇該設計所支持的藍牙規格特征

　　3. 使用TPG中的自動(dòng)一致性檢查器驗證特征的兼容性

　　4. 生成測試方案流程專(zhuān)家

　　2. 進(jìn)行驗證測試

　　1. 執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論，完成后便成為測試聲明測試要求

　　測試設備

　　3. 創(chuàng )建并保存一個(gè)合規文件夾

　　加入PRD第3.2節中規定的所有文檔(例如產(chǎn)品描述、設計信息和測試證明)

　　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(shuō)明

　　1. 購買(mǎi)聲明識別碼

　　價(jià)格視會(huì )員等級而定 —— 更多信息參見(jiàn)費用頁(yè)面

　　會(huì )員概述

　　聲明流程文檔

　　2.創(chuàng )建新的列表

　　使用在線(xiàn)認證列表界面(QLI)：

　　1. 引用新項目或正在聲明認證設計的QDID

　　2. 列出您的產(chǎn)品 搜索列表

　　3. 簽署合規聲明(DoC)

　　有兩種DoC：

　　新的或已進(jìn)行變更的認證設計

　　已使用的或已有品牌的認證設計

　　QLI將根據您的選擇自動(dòng)生成對應的版本。簽署后的DoC必須添加到新的或進(jìn)行變更的認證設計的合規文件夾中(例如Start A)

　　監管機構的審批

　　圖2：全球監管機構

　　即使已通過(guò)官方標準并且完全符合規定的要求，您的工作仍沒(méi)有結束!現在，您需要獲得各政府監管機構的批準，這些機構決定了您是否可以在特定的國家或地區出售您的產(chǎn)品。比如在美國負責的監管機構是美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC))FCC監管美國國內50個(gè)州的無(wú)線(xiàn)電、電視、有線(xiàn)、衛星與電纜通信。尤其是在無(wú)線(xiàn)通信方面，該機構負責監管設備發(fā)送/接收無(wú)線(xiàn)電訊號的頻譜。此外，FCC要求任何釋放射頻能量的設備必須按照該機構的規定進(jìn)行測試。

　　日本總務(wù)省(MIC)

　　歐洲CE 認證

　　美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)

　　加拿大工業(yè)部(IC)

　　很多已授權的公司以此盈利，他們可以幫助您獲得FCC所要求的無(wú)線(xiàn)認證。一般情況下，該流程需要進(jìn)行大量、反復的無(wú)線(xiàn)設計與測試，才能準備好FCC的要求。 準備完畢后，您要將您的最終產(chǎn)品提交給FCC進(jìn)行最終測試與認證，整個(gè)過(guò)程需要花費8到12個(gè)星期(這是在您運氣好且重測最少的情況下)，而測試設備、代理費用、測試與審核費用等共計達數十萬(wàn)美元。如果您想在其他國家銷(xiāo)售您的產(chǎn)品的話(huà)，您還得再重復一遍這個(gè)流程，而且加拿大工業(yè)部、韓國認證系統、歐洲CE認證等監管機構的要求也不盡相同。即便是成功通過(guò)認證，您也會(huì )發(fā)現自己原來(lái)希望成為智能互動(dòng)產(chǎn)品的專(zhuān)家，但卻將大量的資源耗費在了解和解決錯綜復雜的無(wú)線(xiàn)通訊標準與認證問(wèn)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(gè)部分：授權碼和設備產(chǎn)品代碼。前者是一個(gè)3位字符串，是公司為所有射頻設備申請授權所使用的永久性申請代碼;后者是FCC ID的非授權代碼部分，由1至14位數字組成。FCC-ID必須永久性直接標注在無(wú)線(xiàn)傳輸器或者無(wú)線(xiàn)傳輸器的貼紙或標簽上。產(chǎn)品的購買(mǎi)者必須能夠清楚地看到FCC ID 。

　　使用已認證的模塊加快上市時(shí)間

　　圖3：常見(jiàn)的預先認證智能藍牙模塊

　　使用已審核和認證的模塊是解決這一無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品審核與認證挑戰的一種常用方法。這些模塊一般來(lái)自于專(zhuān)業(yè)從事此類(lèi)模塊設計與生產(chǎn)的供應商，它們?yōu)槟O計自己的無(wú)線(xiàn)系統提供了一個(gè)靈活的選擇， 并且確保其能通過(guò)冗長(cháng)和昂貴的審核與認證過(guò)程。使用這種模塊的一個(gè)缺點(diǎn)是它們的外形與特征有所限制，但需要滿(mǎn)足緊張的時(shí)間計劃時(shí)，這一點(diǎn)常常被忽略。

　　大體上，模塊一般包含無(wú)線(xiàn)控制器IC、用于正時(shí)的晶振、射頻天線(xiàn)以及匹配網(wǎng)絡(luò )和電源系統所需的電路。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(wú)線(xiàn)IC上的預裝固件，一般是所支持的無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧和一個(gè)能夠與無(wú)線(xiàn)控制器輕松對接的命令集。

　　模塊幾乎都帶有無(wú)線(xiàn)標準認證，比如低功耗藍牙模塊的QDID等。因此，最終產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者可以輕松地參考預先認證的ID，無(wú)需自行通過(guò)認證流程。對于最終產(chǎn)品，仍需要完成產(chǎn)品聲明才能獲得對應的管理標準符號與標識(例如藍牙技術(shù)聯(lián)盟SIG)，但此類(lèi)聲明的要求一般比認證流程要簡(jiǎn)單得多。部分帶有集成射頻天線(xiàn)(各種類(lèi)型，比如陶瓷天線(xiàn)或板載天線(xiàn))的模塊包含了附加的監管認證與審核。預先認證模塊如果帶有FCC ID，則就無(wú)需擔心您的無(wú)線(xiàn)系統是否能夠通過(guò)FCC嚴格的測試。您可能仍需要為最終產(chǎn)品系統中的其他輻射部分取得FCC認證，但因為產(chǎn)品主要的無(wú)線(xiàn)子系統已預先認證，從長(cháng)遠來(lái)看，這可以為您節省大量的時(shí)間與金錢(qián)。

　　選擇合適的智能藍牙(低功耗藍牙)模塊

　　隨著(zhù)智能藍牙日漸成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品低功耗無(wú)線(xiàn)系統的普遍選擇，目前市場(chǎng)上已有多款已預先通過(guò)該標準認證的模塊可供選擇。這些模塊中的大部分由專(zhuān)門(mén)從事模塊設計與制造的公司提供，這些公司采用專(zhuān)業(yè)工藝進(jìn)行無(wú)線(xiàn)設計并制造可靠的小外形模塊。雖然知道模塊由專(zhuān)業(yè)公司制造會(huì )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商那里解決無(wú)線(xiàn)控制器IC(來(lái)自芯片制造商)或無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧(來(lái)自軟件供應商)的問(wèn)題。

　　為了幫助開(kāi)發(fā)人員，業(yè)內的一些公司目前通過(guò)IC設計、軟件開(kāi)發(fā)與模塊制造性能提供內部端對端解決方案。比如賽普拉斯半導體公司最近將其大獲成功的觸摸板模塊制造能力擴展到無(wú)線(xiàn)模塊領(lǐng)域，而芯科科技(Silicon Labs)則在近期收購了一家熱門(mén)的模塊制造商 —— Bluegiga。其他無(wú)線(xiàn)IC供應商，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先認證的模塊解決方案。

　　圖4：賽普拉斯半導體公司的高集成EZ-BLE PSoC模塊

　　模塊供應商提供差異化產(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(jiàn)的模塊有簡(jiǎn)單的通信模塊，它們依靠的是自帶微控制器的系統，并且通過(guò)UART/SPI/I2C等標準串行通信接口訪(fǎng)問(wèn)系統，從而管理系統內的無(wú)線(xiàn)通信功能。

　　松下的暢銷(xiāo)產(chǎn)品PAN1740 使用Dialog半導體的無(wú)線(xiàn)控制器IC，并且提供小型(9x9.5x1.8mm)低功耗智能藍牙模塊，但該模塊的特征集成度較低，只提供最基本的功能。Dialog的無(wú)線(xiàn)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、適用于智能藍牙配置文件的32KB OTP(一次性可編程)以及帶有智能藍牙協(xié)議棧的84KB ROM。

　　隨著(zhù)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牙模塊的關(guān)鍵。芯科科技的BLE113 模塊包含一個(gè)帶8KB SRAM的 8位 8051 CPU以及 應用固件與智能藍牙配置文件的256KB閃存、用于將模擬傳感器數據轉換成數字格式的ADC以及驅動(dòng)LED或簡(jiǎn)易蜂鳴器的 PWM。為了實(shí)現較高的功能集成，該模塊在尺寸上作出了妥協(xié)( 15.75x9.15x2.1mm)，并且只提供UART接口用于配置和執行無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(wú)需通過(guò)任何外部IC來(lái)連接模擬傳感器 ——該配置滿(mǎn)足了板載傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的常見(jiàn)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)品添加復雜的用戶(hù)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)內為數不多的具備自產(chǎn)MCU與無(wú)線(xiàn)IC、協(xié)議棧軟件以及模塊制造能力的供應商之一。

　　所有上述模塊都提供已認證的智能藍牙QDID并且通過(guò)了FC、CE、IC、KC等機構的監管審核。它們支持的無(wú)線(xiàn)通信范圍幾乎相同，這是因為它們必須符合藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)所規定的標準。因此，工程師可以根據最終產(chǎn)品的特征與尺寸要求，從多款出色的已通過(guò)認證與審核的智能藍牙模塊中進(jìn)行選擇。通過(guò)使用這些模塊，設計師可以節省8至12周的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和超過(guò)10多萬(wàn)美元的無(wú)線(xiàn)審核與認證流程費用。