1   后數字信息的“藍牙新生代”

人們現在說起“藍牙”自然想到與之相關的各種小型化或微型無線通信產品，其實這個名字來源于10世紀曾經稱霸北歐的丹麥國王Harold Bluetooth，20世紀末，其昵稱被賦予一項短距離無線通信技術，即Bluetooth（藍牙），旨在以低功率射頻方式實現移動終端及3C 產品的互聯互通，以便數據傳輸更高效、靈活、安全。其行業規范具有開放性，使用IEEE 802.15 協議，工作在2.4GHz ISM 通用頻段。

20 世紀末，在獲悉TI 收購Butterfly 公司時，筆者才初識藍牙技術和芯片，之后親歷GSM 手機與藍牙芯片的全球推廣，隨之參與藍牙技術和芯片者趨之若鶩。作為數字信息時代亮點之一，藍牙很快配備于各種數字信息產品，為全球消費者所喜聞樂見。在通用標準的支撐下，藍牙芯片國產化進展順利，相繼涌現出眾多“藍牙公司”，其產品開始被廣泛采用。面對“芯片荒”的嚴峻形勢，國產藍牙芯片獨樹一幟，逆勢而升，引起我極大的興趣。北京桃芯科技公司就是其中的后起之秀，與總經理王治平的交流回顧了藍牙通信協議發展歷程（如圖1），進而暢談國產化藍牙芯片和行業應用動向，并展望廣闊的應用前景。

藍牙由BT0.7 起步，正式版本BT1.0A 推出才為行業接受，可視為第一代藍牙。隨著BT2.0 速率翻番，經典BT2.1+EDR（增強速率）安全且配對簡易，加速了市場推廣進程，是為第二代；應用領域開拓是在BT3.0+HS（高傳輸速率），由此進入第三代。第四代低功耗模式藍牙BT4.0 全面開啟了物聯網應用，進而在BT4.1 上與蜂窩4G 網絡協同發展，更以BT4.2 使多藍牙智能設備由一個終端接入互聯網，使藍牙應用登上新的臺階，成為后信息時代的寵兒。

第五代藍牙BT5.0 可視為新生代，是面向低功耗設備、應對物聯網發展推出的全新藍牙協議，特點為速率快、距離長、帶寬大。其覆蓋范圍更廣且速率翻了兩番；低功耗模式傳輸速度上限為2 Mbps，是之前版本的2倍；有效工作距離達300 米，翻了兩番；從BT5.0 開始引入的大廣播包可增強Mesh 組網功能。而BT5.1 引入的AoA/AoD 技術能實現實際應用小于1 米精度的室內定位輔助功能，讓藍牙這個歷史悠久的連接方式在物聯網時代煥發出勃勃生機，從消費類的“紅海”進入到專業和工業類的“藍海”。

2   國產化芯片的“藍牙弄潮兒”

藍牙芯片從數字信息時代到物聯網時代都占據著重要地位，由國際知名廠商引領，國內公司跟進做國產化替代的模式業已形成。然而，第五代藍牙BT5.0 所面臨的國產化挑戰巨大，首先來自藍牙協議棧通信技術。知識產權IP 是所有關鍵技術和單片系統（SoC）產品的基礎，如果要擺脫外部制約和自主發展，就需要擁有自主全棧協議棧，以確保為客戶提供富有競爭力的產品特性和及時高效的售后服務，有效縮短客戶的開發周期并降低開發成本。其次，挑戰來自藍牙低功耗處理和射頻實現。低端藍牙芯片只有收發器，而高端集成微控制器（MCU）與BT5.0 的SoC 已成為物聯網終端處理器，需要盡可能降低功耗，不僅對處理器和存儲單元，也對藍牙射頻技術方案提出了更高的要求。

桃芯科技將這些挑戰轉化成機遇，在國內率先推出擁有自主知識產權的BT5.0 芯片，繼而推出BT5.1 芯片，力求改變由國際知名藍牙廠商壟斷中高端市場的局面，所具有的3 項藍牙核心技術是獲得勝算的關鍵：

1）國內首個完全自主的BT5.1 協議棧，包括底層協議LINK Controller IP 軟硬件技術、高層協議Host Controller IP 軟件技術和應用層協議。完整協議棧支持體現在支持全規格AoA/AoD 精確定位、LR、2Mbps、AdvExt、Mesh 自組網特性及全規格、全功能、高優化、可定制。

2） 類M3 核心MCU 區域獨立電源和自動切換技術及DPVFS 動態電源/ 電壓/時鐘控制，有8 種節能模式和16 種工作模式。采用40nm ULP eFlash 先進工藝，內置Flash，縮小了硅片的面積，確保芯片功耗極低。

3）采用國際領先的RF 解決方案，靈敏度/ 功耗/ 面積均處于業界領先水平。桃芯科技自主研發的超低功耗芯片藍牙ING918xx 系列，對標當前業界同類別最高規格的BT5.0/5.1 芯片，實測數據如表1 所示。

表1

ING918xx 系列芯片的SDK 友好開放， 支持跨IDE、跨語言、跨操作系統（OS）平臺，集成諸多藍牙軟件方案的參考代碼，同時也有系列常用硬件解決方案供用戶參考，還提供功能齊全的量產工具。

桃芯科技是首個在泰爾實驗室實現完整認證BLE5.1 Link-PHY-RF 子系統的國內企業，其產品性能領先業內同類主流芯片公司（如圖2），并已申報16項知識產權，其藍牙5.1 SoC 芯片是目前國內唯一通過藍牙官方組織認證的產品。為了更好地適應各種應用的差異性，桃芯科技的芯片力求全面，藍牙特性的認證條目數多達280 項，行業內最多，比國際知名廠商高出100 項。

3   物聯網新潮的“藍牙狂想曲”

藍牙芯片的發展路線無外乎兩條，其一是單純藍牙收發器，面向低端應用，屬于消費類經典應用，包括低端音頻類產品等；BLE 新型應用是藍牙遙控、無線鼠標鍵盤以及藍牙無線透傳等。這類應用有海量市場而價格超低，對性能要求不高，技術含量有限。其二是在藍牙收發器基礎上集成MCU，面向中高端應用，追求高性能和高可靠性，此為桃芯科技重點，起步就是BT5.0 的SoC 芯片。這屬于智能應用，包括以低功耗藍牙協議為無線連接技術的物聯網終端。桃芯科技消費級芯片面向大規模組網、智能家居設備、Beacon、運動相機、可穿戴設備、無人機等；其工業級芯片利用更高端工藝，內置Flash 和更友好的功耗管理，傳輸速率更高，距離更遠，功耗更低。由此，其主打重點市場擴展為工業和泛工業組網類，例如智能電網、智能汽車、醫療電子、智慧樓宇，并拓展到智慧工農業領域等。據權威預測，未來低功耗藍牙市場每年增長為20% 到30%。

為滿足更多場景應用需要，藍牙協議的迭代向來比較活躍。桃芯科技的與眾不同在于所有藍牙的底層協議完全自主開發，這樣就可以提供更多更好的特性，比如提高連接數和吞吐率，還有極低的延時等。例如，多達24 條連接達到2M 吞吐率極限值，協議規定最小7.5 ms的連接延時，桃芯可以做到2.5 ms，另外還有很多定制化應用獲得支持，擴展協議的適用性。桃芯科技芯片所展現的藍牙特性在行業應用上最為突出，這樣的“藍牙”因此而“特別藍”！

王治平指出，2021 年是AoA/AoD 藍牙5.1 室內精確定位元年。中國移動2020 年的《室內定位白皮書》對室內定位不同技術方案比較，如表2 所示。

由此可見，BT5.1 與多種技術方案相比其優勢不僅在技術本身，而且在經濟效益上尤為明顯。室內定位是利用室內微基站對室內無線設備進行準確定位的技術，該系統包括微基站及位置計算后臺以及被定位設備，目前已廣泛應用于各行各業，實現定位、尋物、監控、導航等功能。相信在不久的將來，室外導航與室內導航將實現無縫連接。藍牙5.1 室內定位原理及部分應用場景如圖3 所示。

根據市場分析，全球室內定位市場規模預計將從2017 年的70 億美元增長到2022 年的400 億美元，年復合增長率為42%；根據藍牙官方的預計，2024 年藍牙定位芯片出貨量將達5 億顆。其應用場景包括各類工廠、倉庫、隧道、地鐵、機場、酒店、辦公樓、養老院、醫院、博物館、看守所等。室內定位應用的核心問題在于定位精度和成本及標準化的前后臺系統。在中國市場，伴隨藍牙市場的蓬勃發展，將有更大爆發增長空間。桃芯科技的名稱源于中華古典名篇《詩經》中優美的詩句“逃之夭夭、灼灼其華”，以創業公司身份不斷創新，為芯片行業添加水果成分，以彰顯情懷。既然藍牙通信是一片浩瀚的藍色海洋，不禁聯想起著名作曲家格什溫的名作《藍色狂想曲》，這首交響曲不也應和著數字信息領域的“藍牙狂想曲”，伴隨藍色波濤的洶涌澎湃，讓人們盡情享用藍牙無線通信所奉獻的高科技成果！

（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年8月期）