加快低功耗藍牙技術的開發(fā)

　　電子消費品市場正在爭先恐后地推出下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以期贏得客戶的芳心。從體質監(jiān)測器、 智能門鎖、燈泡到智能水杯，產(chǎn)品公司在這些新興市場競相建立自己的統(tǒng)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(qū)別之外，勝出的產(chǎn)品一般是首先上市的產(chǎn)品。經(jīng)過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)不再能夠贏得聰明的消費者了。

　　當務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。但如果您曾開發(fā)過商業(yè)級無線產(chǎn)品，就會知道推出開發(fā)周期短的產(chǎn)品有多困難，尤其是當開發(fā)者并沒有處理無線標準認證與監(jiān)管審批的專業(yè)經(jīng)驗的時候，而這些認證與審批是在成熟的消費市場銷售這些產(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，開發(fā)人員就如何整合這些看似矛盾的特征需求正面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

　　標準技術認證

　　圖 1：藍牙技術聯(lián)盟的復雜認證流程

　　無線標準十分重要。它們將射頻的功能與具體、確定的標準和規(guī)格相結合，工程師可以安心地使用而不必過于擔心意外。雖然這使各行業(yè)能夠開發(fā)互相通信(通用射頻規(guī)格)和使用通用語言(通用協(xié)議棧)的無線產(chǎn)品，但隨著而來的難題是如何讓標準制定者——官方機構，對這些無線產(chǎn)品進行測試和認證。

　　低功耗藍牙(或智能藍牙) 已成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的普遍無線標準，這主要是因為其簡單的協(xié)議棧(比傳統(tǒng)藍牙或WiFi簡單，但還未達到非常簡單的程度)以及為低功耗無線通信定義的架構。制造智能藍牙產(chǎn)品的開發(fā)人員必須經(jīng)過藍牙技術聯(lián)盟(SIG)根據(jù)藍牙4.x標準中的技術規(guī)格所指定的的產(chǎn)品測試與認證。成功通過藍牙技術聯(lián)盟認證的產(chǎn)品將得到一個認證識別碼(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

　　使用在線測試方案生成器(TPG)：

　　1. 選擇適用的設計產(chǎn)品類型(終端產(chǎn)品、子系統(tǒng)、組件、開發(fā)工具或測試設備)

　　2. 選擇該設計所支持的藍牙規(guī)格特征

　　3. 使用TPG中的自動一致性檢查器驗證特征的兼容性

　　4. 生成測試方案流程專家

　　2. 進行驗證測試

　　1. 執(zhí)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)建并保存一個合規(guī)文件夾

　　加入PRD第3.2節(jié)中規(guī)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

　　步驟流程說明

　　1. 購買聲明識別碼

　　價格視會員等級而定 —— 更多信息參見費用頁面

　　會員概述

　　聲明流程文檔

　　2.創(chuàng)建新的列表

　　使用在線認證列表界面(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(guī)聲明(DoC)

　　有兩種DoC：

　　新的或已進行變更的認證設計

　　已使用的或已有品牌的認證設計

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

　　監(jiān)管機構的審批

　　圖2：全球監(jiān)管機構

　　即使已通過官方標準并且完全符合規(guī)定的要求，您的工作仍沒有結束!現(xiàn)在，您需要獲得各政府監(jiān)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(qū)出售您的產(chǎn)品。比如在美國負責的監(jiān)管機構是美國聯(lián)邦通信委員會(FCC))FCC監(jiān)管美國國內50個州的無線電、電視、有線、衛(wèi)星與電纜通信。尤其是在無線通信方面，該機構負責監(jiān)管設備發(fā)送/接收無線電訊號的頻譜。此外，F(xiàn)CC要求任何釋放射頻能量的設備必須按照該機構的規(guī)定進行測試。

　　日本總務省(MIC)

　　歐洲CE 認證

　　美國聯(lián)邦通信委員會(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所要求的無線認證。一般情況下，該流程需要進行大量、反復的無線設計與測試，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進行最終測試與認證，整個過程需要花費8到12個星期(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(shù)十萬美元。如果您想在其他國家銷售您的產(chǎn)品的話，您還得再重復一遍這個流程，而且加拿大工業(yè)部、韓國認證系統(tǒng)、歐洲CE認證等監(jiān)管機構的要求也不盡相同。即便是成功通過認證，您也會發(fā)現(xiàn)自己原來希望成為智能互動產(chǎn)品的專家，但卻將大量的資源耗費在了解和解決錯綜復雜的無線通訊標準與認證問題。

　　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 。該識別碼包含兩個部分：授權碼和設備產(chǎn)品代碼。前者是一個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(shù)字組成。FCC-ID必須永久性直接標注在無線傳輸器或者無線傳輸器的貼紙或標簽上。產(chǎn)品的購買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間

　　圖3：常見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線產(chǎn)品審核與認證挑戰(zhàn)的一種常用方法。這些模塊一般來自于專業(yè)從事此類模塊設計與生產(chǎn)的供應商，它們?yōu)槟O計自己的無線系統(tǒng)提供了一個靈活的選擇， 并且確保其能通過冗長和昂貴的審核與認證過程。使用這種模塊的一個缺點是它們的外形與特征有所限制，但需要滿足緊張的時間計劃時，這一點常常被忽略。

　　大體上，模塊一般包含無線控制器IC、用于正時的晶振、射頻天線以及匹配網(wǎng)絡和電源系統(tǒng)所需的電路。除了提供便于使用、可焊接的集成硬件之外，模塊常常還包含無線IC上的預裝固件，一般是所支持的無線協(xié)議棧和一個能夠與無線控制器輕松對接的命令集。

　　模塊幾乎都帶有無線標準認證，比如低功耗藍牙模塊的QDID等。因此，最終產(chǎn)品開發(fā)者可以輕松地參考預先認證的ID，無需自行通過認證流程。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(例如藍牙技術聯(lián)盟SIG)，但此類聲明的要求一般比認證流程要簡單得多。部分帶有集成射頻天線(各種類型，比如陶瓷天線或板載天線)的模塊包含了附加的監(jiān)管認證與審核。預先認證模塊如果帶有FCC ID，則就無需擔心您的無線系統(tǒng)是否能夠通過FCC嚴格的測試。您可能仍需要為最終產(chǎn)品系統(tǒng)中的其他輻射部分取得FCC認證，但因為產(chǎn)品主要的無線子系統(tǒng)已預先認證，從長遠來看，這可以為您節(jié)省大量的時間與金錢。

　　選擇合適的智能藍牙(低功耗藍牙)模塊

　　隨著智能藍牙日漸成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品低功耗無線系統(tǒng)的普遍選擇，目前市場上已有多款已預先通過該標準認證的模塊可供選擇。這些模塊中的大部分由專門從事模塊設計與制造的公司提供，這些公司采用專業(yè)工藝進行無線設計并制造可靠的小外形模塊。雖然知道模塊由專業(yè)公司制造會對您有所幫助，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線控制器IC(來自芯片制造商)或無線協(xié)議棧(來自軟件供應商)的問題。

　　為了幫助開發(fā)人員，業(yè)內的一些公司目前通過IC設計、軟件開發(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線模塊領域，而芯科科技(Silicon Labs)則在近期收購了一家熱門的模塊制造商 —— Bluegiga。其他無線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。最常見的模塊有簡單的通信模塊，它們依靠的是自帶微控制器的系統(tǒng)，并且通過UART/SPI/I2C等標準串行通信接口訪問系統(tǒng)，從而管理系統(tǒng)內的無線通信功能。

　　松下的暢銷產(chǎn)品PAN1740 使用Dialog半導體的無線控制器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的無線控制器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鍵。芯科科技的BLE113 模塊包含一個帶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(shù)據(jù)轉換成數(shù)字格式的ADC以及驅動LED或簡易蜂鳴器的 PWM。為了實現(xiàn)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(zhí)行無線協(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 集成無線控制器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，從而無需通過任何外部IC來連接模擬傳感器 ——該配置滿足了板載傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的常見需求。另外，EZ-BLE PSoC模塊還具有賽普拉斯業(yè)界領先的CapSense?觸摸傳感技術，使您可以輕松地向終端產(chǎn)品添加復雜的用戶界面。正如上文所述，賽普拉斯的模塊還有另一項關鍵優(yōu)勢：賽普拉斯是業(yè)內為數(shù)不多的具備自產(chǎn)MCU與無線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并且通過了FC、CE、IC、KC等機構的監(jiān)管審核。它們支持的無線通信范圍幾乎相同，這是因為它們必須符合藍牙技術聯(lián)盟(SIG)所規(guī)定的標準。因此，工程師可以根據(jù)最終產(chǎn)品的特征與尺寸要求，從多款出色的已通過認證與審核的智能藍牙模塊中進行選擇。通過使用這些模塊，設計師可以節(jié)省8至12周的產(chǎn)品開發(fā)時間和超過10多萬美元的無線審核與認證流程費用。