藍(lán)牙5.2與Silicon Labs家的 EFR32BG22 SoC

美男子玩編程

2019年12月31日，Bluetooth SIG董事會正式批準(zhǔn)新版本藍(lán)牙核心規(guī)范(Bluetooth Core Specification)v5.2并于近日正式發(fā)布。新版本藍(lán)牙核心規(guī)范針對低功耗藍(lán)牙(Bluetooth Low Energy)增加了三個新功能，在核心規(guī)范層面為下一代藍(lán)牙音頻的正式推出打下了基礎(chǔ)。



關(guān)于藍(lán)牙5.2的相關(guān)技術(shù)特性可以參考bluetooth.com上的這篇文章：
https://www.bluetooth.com/wp-content/uploads/2020/01/Bluetooth_5.2_Feature_Overview.pdf
藍(lán)牙5.2版本中新增的功能包括LE同步信道(LE Isochronous Channels), 增強(qiáng)版ATT(Enhanced ATT)以及LE功率控制(LE Power Control).
一、LE同步信道



這是支撐下一代藍(lán)牙音頻的核心技術(shù)，之前版本的低功耗藍(lán)牙僅支持面向連接的異步通信鏈路(ACL)及非連接模式的廣播鏈路，前者應(yīng)用于外圍設(shè)備(例如手表)與中心設(shè)備(例如手機(jī))間雙向數(shù)據(jù)傳輸，后者應(yīng)用于Beacon設(shè)備單向廣播信息及Mesh網(wǎng)絡(luò)中。為了實(shí)現(xiàn)基于LE的下一代藍(lán)牙音頻5.2版本中定義了LE同步信道(LE Isochronous Channels), 包括連接模式下的同步音頻流(Connected Isochronous Stream)傳輸信道及廣播模式下的同步音頻流(Broadcast Isochronous Stream)傳輸信道。LE同步信道為實(shí)現(xiàn)下一代藍(lán)牙音頻的多聲道音頻流(Multi-Stream Audio)和基于廣播音頻流的共享音頻(Audio Sharing)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。根據(jù)5.2版本核心規(guī)范一個同步組可以包括最多31個不同的同步音頻流，在廣播同步模式下可以實(shí)現(xiàn)通訊范圍內(nèi)無限多個音頻接收端同時(shí)收聽分享的音頻流。
為了實(shí)現(xiàn)LE同步信道在低功耗藍(lán)牙的控制器(Controller)中定義了一個新的通訊協(xié)議層 – 同步適配層 (ISOAL)。ISOAL用于實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)(如數(shù)字音頻流)的服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)與鏈路層(Link Layer)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換�；�本原理是由于SDU的長度遠(yuǎn)大于PDU的長度因而在發(fā)送同步數(shù)據(jù)時(shí)需要將一個SDU分割并轉(zhuǎn)換成多個PDU并調(diào)制射頻信號進(jìn)行傳輸，反過來在接收時(shí)需要將多個PDU重新組裝轉(zhuǎn)換成SDU并向上層傳輸。
二、增強(qiáng)版ATT



藍(lán)牙5.2版本中對的ATT協(xié)議進(jìn)行了完善(Enhanced Attribute Protocol)，用于快速讀取屬性值，這一新增功能將提高基于ATT協(xié)議的信息溝通效率，實(shí)現(xiàn)快速服務(wù)發(fā)現(xiàn)(Fast Service Discovery)等功能。可以預(yù)見快速服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能將在下一代藍(lán)牙音頻技術(shù)中得到應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)音頻設(shè)備間快速交換相關(guān)服務(wù)信息。

三、LE功率控制


藍(lán)牙5.2版本定義了低功耗藍(lán)牙的雙向功率控制協(xié)議(LE Power Control)，可用于實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用場景，有助于在保持連接的情況下進(jìn)一步降低功耗并提高設(shè)備連接的穩(wěn)定性和可靠性。
依托藍(lán)牙5.2的新特性，芯科實(shí)驗(yàn)室（Silicon Labs）推出了基于Bluetooth 5.2 的SoC — EFR32BG22 (BG22)，其亮點(diǎn)是采用紐扣電池供電工作可達(dá)十年
根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）的預(yù)測，到2023年藍(lán)牙設(shè)備的年度總出貨量將增長26％（從2019年的40億個增加到54億個），并且90％的藍(lán)牙設(shè)備都支持Bluetooth Low Energy。安全連接和極低功耗將是這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的基本要求。Silicon Labs設(shè)計(jì)了BG22 SoC以滿足這些要求，以及應(yīng)對未來幾年中不斷增加的數(shù)十億個藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
BG22系列結(jié)合了同類最佳的超低發(fā)射和接收電流（發(fā)射功率為0 dBm時(shí)3.6 mA；接收2.6 mA）和高性能、低功耗M33內(nèi)核（工作電流27 μA / MHz；休眠電流1.2 μA），提供行業(yè)領(lǐng)先的能效，可將紐扣電池的壽命延長至十年。目標(biāo)應(yīng)用包括藍(lán)牙Mesh低功耗節(jié)點(diǎn)、智能門鎖、個人醫(yī)療保健和健身設(shè)備。SoC的藍(lán)牙到達(dá)角（AoA）和離開角（AoD）功能以及1米以內(nèi)定位精度也使得資產(chǎn)跟蹤標(biāo)簽、信標(biāo)和室內(nèi)導(dǎo)航等應(yīng)用將從中受益。?



BG22系列新產(chǎn)品組合提供了三種藍(lán)牙SoC產(chǎn)品供選擇，這些產(chǎn)品旨在滿足智能家居、消費(fèi)類、商業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（包括那些需要多年電池使用壽命的應(yīng)用）對價(jià)格/性能的各種要求。?
?? EFR32BG22C112 SoC適用于大批量、成本敏感的應(yīng)用，支持1 Mbps和2 Mbps藍(lán)牙PHY傳輸、38.4 MHz Arm Cortex-M33內(nèi)核、18個GPIO和352 KB閃存、0 dBm發(fā)射功率和行業(yè)領(lǐng)先的-99 dBm接收靈敏度（1M PHY）。
??? EFR32BG22C222 SoC適用于需要更多計(jì)算能力（具有76.8 MHz M33內(nèi)核）、更多I/O（26個GPIO）和更高發(fā)射功率（+6 dBm）的應(yīng)用。??
? EFR32BG22C224 SoC提供IQ采樣能力，適用于測向應(yīng)用，并支持125 KB和500 KB Bluetooth Low Energy Coded PHY，可將接收靈敏度提高至-106 dBm。該SoC也將工作溫度提高到+125C，并將閃存擴(kuò)展到512 KB，以支持需要測向功能或低功耗藍(lán)牙Mesh節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用。
EFR32BG22系列SoC的主要特性如下:
? MCU – Arm Cortex-M33 @ 76.8 MHz with DSP and FPU
? System Memory – Up to 32 kB RAM data memory
? Storage – Up to 512 kB flash program memory
無線性能
? 2.4 GHz radio operation
? Protocol Support
– Bluetooth 5.2 Low Energy
– Optional direction finding using Angle-of-Arrival (AoA) and Angle-of-Departure (AoD)
– Bluetooth Mesh
– 2.4 GHz Proprietary
? Radio Performance
? Sensitivity
-98.9 dBm @ 1 Mbit/s GFSK
-96.2 dBm @ 2 Mbit/s GFSK
-106.7 dBm @ 125 kbps GFSK
? TX power up to 6 dBm
? Current – 2.6 mA Rx; 3.5 mA Tx @ 0 dBm; 7.8 mA Tx @ 6 dBm
外設(shè)
? 12-bit 1 Msps SAR ADC
? Up to 26x GPIO pins with output state retention and asynchronous interrupts
? 8-channel DMA Controller
? 12-channel Peripheral Reflex System (PRS)
? 4x 16-bit Timer/Counter with 3 Compare/Capture/PWM channels
? 1x 32-bit Timer/Counter with 3 Compare/Capture/PWM channels
? 32-bit Real Time Counter
? 24-bit Low Energy Timer for waveform generation
? 1x Watchdog Timer
? 2x USART (UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S)
? 1x Enhanced UART (EUART)
? 2x I2C interface with SMBus support
? Digital microphone interface (PDM)
? Precision Low-Frequency RC Oscillator enabling single-crystal operation
? RFSENSE with selective OOK mode
? Die temperature sensor with +/-2 degree C accuracy
安全特性
? Secure Boot with Root of Trust and Secure Loader (RTSL)
? Hardware Cryptographic Acceleration for AES128/256,SHA-1, SHA-2 (up to 256-bit), ECC (up to 256-bit), ECDSA, and ECDH
? True Random Number Generator (TRNG) compliant with NIST SP800-90 and AIS-31
? ARM TrustZone
? Secure Debug with lock/unlock
電源及功耗
? Supply Voltage – 1.71 V to 3.8 V single power supply
? 3.6 mA Rx current (1 Mbps GFSK)
? 4.1 mA Tx current @ 0 dBm
? 8.2 mA Tx current @ 6 dBm
? 27 μA/MHz in Active Mode (EM0) at 76.8 MHz
? 26 μA/MHz in Active Mode (EM0) at 38.4 MHz
? 1.40 μA EM2 DeepSleep current (32 kB RAM retention and RTC running from LFXO)
? 1.75 μA EM2 DeepSleep current (32 kB RAM retention and RTC running from Precision LFRCO)
? 1.05 μA EM3 DeepSleep current (8 kB RAM retention and RTC running from ULFRCO)
溫度范圍
? -40 °C to 125 °C
封裝
? QFN40 – 5 x 5 x 0.85 mm
? QFN32 – 4 x 4 x 0.85 mm
? TQFN32 – 4 x 4 x 0.30 mm
價(jià)格與供貨
?EFR32BG22 SoC 計(jì)劃于3月份發(fā)布。EFR32BG22 SoC的定價(jià)策略支持實(shí)現(xiàn)具有成本效益的藍(lán)牙5.2應(yīng)用，批量價(jià)格低至0.52美元。EFR32BG22 SoC入門開發(fā)套件和Thunderboard EFR32BG22評估套件也計(jì)劃于3月上市，套件零售價(jià)為19.99美元起。開發(fā)人員可以在silabs.com/simplicity-studio頁面免費(fèi)下載Simplicity Studio集成開發(fā)環(huán)境，其中集成了網(wǎng)絡(luò)分析儀和能耗分析器工具、藍(lán)牙協(xié)議棧、演示示例和移動應(yīng)用程序等。