最新蓝牙5.2 SoC与IP，激荡下一波热点应用
电子发烧友网报道（文/周凯扬）随着无线耳机的盛行，人们在追求便捷的同时也推动了蓝牙市场的发展。全球已有35000多家公司加入了蓝牙技术联盟（SIG），比2015年的成员数增加了四分之一。ABI Research预计2020年的蓝牙设备出货量将达到46亿，并在5年内以8%的复合增长率稳步上升，2024年的蓝牙设备出货量将高至62亿。
而BLE模式也将成为蓝牙技术的新市场标准，预计2024年出货的所有平台设备都将支持经典和BLE双模式。音频串流、数据传输、定位服务和设备网络也将成为四大增长迅速的应用场景。市场扩张的同时，蓝牙技术的创新也没有停滞。
蓝牙5.1公布的一年后，SIG又在今年一月公布了最新的蓝牙标准——蓝牙5.2，在该标准的核心规范中，SIG也提供了不少新的应用场景。比如通过一部智能手机给多部蓝牙耳机共享音频，为影院观众提供蓝牙助听，航班以不同语言向乘客播报乘务信息等。而这些场景的实现则离不开蓝牙5.2的四大特性：增强属性协议（EATT），LE功耗控制，LE同步信道和LE音频。
EATT改变了顺序处理的模型，让支持EATT的不同设备可以实现并发ATT处理。而L2CAP协议层里加入一个新模式，并由EATT调用。这个全新的L2CAP模式提供了流量控制，提高了EATT的可靠性。ATT层和L2CAP层的MTU值都可以独立配置，而不再是固定值，因此当多个应用共享该协议栈时能够减小延迟。
以往蓝牙BR/EDR的模式中已经有了功率控制的能力，但之前的5.1标准中，却没有为蓝牙LE定义该功能。蓝牙设备在传输数据时，发射端会以特定的功率等级发射信号，该功率等级被称为TxPower，单位为dBm。而高TxPower的设备功耗也会增加。除此之外，接收端收到的信号电平也小于发射端的原始电平，也就是下图所示的路径损耗。
而LEPC可以让蓝牙LE设备通过动态优化传输功率等级来实现功耗管理。通过监控接收端的信号强度，请求发射端改变发射功率，以求达到最合适的状态，在保证信号稳定的情况下减少功耗。LEPC可以使主机定义2到3个路径损耗空间，低、中和高（可选），控制器会通过新的HCI事件通知主机路径损耗的变化。
LE同步信道是有一种让BLE传输有时限数据的新方式，它可以保证从同源接收数据的多个设备，都能同时将数据渲染出来。而过期的数据则会被丢弃，这意味着接收设备只会收到延迟在接受范围内的数据。这一特色主要用于音频产品和系统中，比如个人音频分享，公共助听，公共电视和多语种播报等。
LE Audio有四大优势：低功耗的音频、多音频串流、音频分享和提升的音质。其中前面三项是由LEPC和LE同步信道所赋予的，而最后一项则归功于全新的音频编解码器LC3。LC3是一种高质量低功耗的音频编解码器，能为开发者对音质和功耗做出更合适的平衡。测试结果表明，即便处于降低了50%的比特率下，LC3也有着比SBC更好的音质，这样在保证同样寿命下，可以使用更小的电池。
SIG在年初早早公布了这一标准后，那么至今又有哪些厂商有研发了针对该标准的成品呢？我们不妨来看看一些支持蓝牙5.2的SoC以及IP方案。
Nordic Semiconductor nRF5340
nRF5340是Nordic Semiconductor推出旗舰芯片之一，专门用于低功耗短距离的无线传输。nRF5340也是世界上第一个采用了两个Arm® Cortex®-M33处理器的无线SoC，它的应用处理器频率可至64Mhz或128MHz，网络处理器频率为64MHz。它汇聚了nRF52系列的诸多特色，比如蓝牙测向、高速SPI、QSPI、USB和高达105℃的工作温度等，其发射功率可以-20到+3dBm之间配置，0dBm下TX工作电流为3.2mA，RX的工作电流为2.6mA。
nRF5340结构图
Silicon Labs EFR32BG22
EFR32BG22系列是Silicon Labs推出的蓝牙5.2 SoC解决方案，属于Wireless Gecko Series 2平台。该系列采用了一个高性能的32位76.8MHz ARM Cortex®-M33，不仅支持AoA和AoD等测向功能，也支持蓝牙mesh的低功耗模式。其发射功率范围在-28到+6 dBm之间，0dBm下TX工作电流为4.1mA，RX的工作电流为3.6mA。
EFR32BG22结构图
Qualcomm QCC5144
QCC5144是高通专为蓝牙音频设备打造的高端芯片，不仅配有高至80MHz的双核处理器，还配备了高通自己的双核Kalimba DSP音频子系统。同时，该芯片内置了极低功耗的数字主动降噪技术，消除了外接ANC方案多出的成本和PCB空间。与以前的单芯片蓝牙方案相比，该芯片将语音通话和音乐串流的功耗降低了65%，工作电流低于5mA。
QCC5144结构图
CEVA RivierWaves
该方案支持5.2 BLE的所有特性，包括同步信道等，还有测向（AoA/AoD），2Mbps，长距离，传输扩展，信道选择等功能。同时它还支持高级的主从拓扑。这款IP解决方案还支持众多扩展配置：比如心率，血压，跑步速度，A4WP无线充电等。标准的HCI接口确保了该IP可以用于RivieraWaves蓝牙的双模主机协议栈和配置，同时也支持不少其它蓝牙协议栈（和配置），比如BlueDroid，BlueZ，Tempow，OpenSynergy，A&W等。
而有了LE Audio后，该方案支持多音源播放和音频分享。其硬件基带控制为Verilog的IP封装，为了安全性考虑，还内置了AES128的硬件加密引擎，开发者也可以加入额外的加密引擎。软件栈为C语言的IP封装，支持L2CAP，ATT，SMP，GAP/GATT等多种协议。
Mindtree EtherMind
Mindtree是SIG承认的蓝牙4.x和5.x标准的制定者之一，也推出了自己的EtherMind双模IP方案，同时支持BR/EDR和LE。除了包含5.2标准的特色之外，该方案也在多次Unplug Fests大会和逾200多款智能手机模型上证明了互用性。EtherMind的移植性也很强，支持8/16/32位的MCU，包括ARM、ARC、OMAP、Blackfin、Xscale和MSP430等，也兼容QNX、Windows CE、Android、FreeRTOS和MQX等操作系统，同时可采用CSR、TI、BCM和ST的蓝牙芯片组。其优势之一就是低内存占用，标准的双模配置下，RAM占用约为25KB，Flash占用约为240KB。
Imagination IEB110
IEB110是Ensigma Connectivity解决方案的一员，这系列的IP方案专为高性能低功耗的无线标准设计，比如Wi-Fi、蓝牙BLE和基于IEEE802.15.4的Zigbee等。IEB110支持AoA/AoD，2M PHY和远距离传输，Tx输出功率最大可至+6 dBm。专为台积电40LP制程设计。而且支持流行的开源栈，比如Zephyr，BlueZ和Codrio。该IP方案还拥有大小上的优势，预布局的芯片面积只有1.36mm2。
上述例子还不是全部的蓝牙5.2方案，在SIG的BQB认证库里，华为海思也有一款产品名列其中，命名为Hi1105C20，而IP大厂Synopsys的DesignWare® IP方案也加入了对蓝牙5.2的支持。那我们多久才能看到蓝牙5.2的消费产品面世呢？目前处于发售状态的骁龙765G芯片虽然支持蓝牙5.2，却没有以此标准连接的设备。在BQB认证库中，我们还看到了Vivo一款支持蓝牙5.2的耳机产品XE W2，其描述中显示采用了高通的SoC，预计是Vivo的下一款TWS产品。
以此来看，我们得在下半年乃至明年才能看到蓝牙5.2的广泛应用了。在TWS耳机丝毫不减的猛势下，可以预见这一新的蓝牙标准必将收获远超前代的普及度。