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一文看懂BLE芯片竞赛格式

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  网络运用快速开展,数据传输场景日益丰厚。据We Are Social和Hootsuite陈述计算,到2018年末,全球互联网用户规划超越43亿人,约占全球人口的57%,全球一半以上人口“触网”得益于互联网信息技能快速开展以及智能终端的许多遍及。互联网用户对网络传输要求不断进步,跟着通讯技能晋级,传输内容和方法逐步晋级,从开端的文字、图片开展到视频传输;传输场景也更加丰厚,从人与人、人与物拓宽到物与物的数据传输。

  无线通讯分为近距离和远距离传输,而局域物联网正快速推动短距离无线通讯方法开展。依据爱立信移动商场陈述估计,全球物联网终端数量将由86亿添加至2024年的223亿,复合增加率17%。并且短距离无线衔接是物联网的首要衔接方法,衔接设备数量将由2018年75亿上升到2024年178亿,复合增加率到达15%。

  无线通讯技能首要分广域网和局域网两种,不同在传输距离和通讯协议方面。局域网无线通讯技能包含NFC、IrDA、WIFI、蓝牙、ZigBee、Z-Wave、UWB、RFID、LiFi等,传输一般在0-300米;广域网无线通讯技能包含GPRS、LoRa、NB-IoT等,有用传输距离在公里级。蓝牙是最首要的局域网(短距离)无线通讯方法之一,合适掩盖距离在百米以内、数据传输量较小的通讯。

  蓝牙完结功耗、本钱、功用的完美结合,运用开发方面具有优势。在首要的几种局域网无线通讯技能中,NFC首要用于近场辨认与通讯,运用范畴较为约束;WIFI传输速度快、与互联网无缝衔接,但功耗较高、运用开发上无优势;ZigBee最大的亮点是可完结mesh组网,在大规划联网设备操控方面具有优势,但与智能手机衔接需额定网关。而蓝牙在传输距离(最大可达300米)、功耗(别离可完结10mA和数uA等级的作业和待机功耗)、本钱、功率和安全性上均具有较大的优势,且集成其他通讯技能的功用,如mesh等,运用优势较为显着。

  蓝牙技能规范迈入5.0年代,Mesh组网技能助力高端低功耗蓝牙开辟物联网商场

  蓝牙4.0引进了低功耗模块,敲开物联网的大门。蓝牙技能最早由爱立信公司在1995年提出,首要运用于蓝牙音频范畴,随后1998年蓝牙技能联盟(SIG)建立,担任拟定和保护蓝牙技能规范。至今蓝牙技能规范从1.1到5.1版别,共阅历了10次晋级,而自2010年蓝牙4.0规范发布之后,蓝牙由经典蓝牙迈向低功耗蓝牙年代,而低功耗模块的引进,也将蓝牙的功耗下降了90%以上,使更多终端特别是移动终端设备的联网化成为或许。

  蓝牙5.0霸占了蓝牙传输速度和传输距离的短板,功耗进一步下降,高精度定位测向功用扩展运用范畴。蓝牙5.0相对于4.2版别,传输速度是4.2的两倍,有用传输距离是4.2的4倍,播送方式信息容量进步到本来的8倍;并且功耗再次下降,作业电流到达毫安乃至微安等级,待机电流降至毫安乃至纳安等级;别的,BLE5.1引进高精度定位测向功用,室内导航定位到达厘米级精度,这些功用也进一步稳固了BLE在物联网范畴的位置。

  Mesh组网技能是低功耗蓝牙完结大规划物联网衔接的要害技能。蓝牙Mesh组网技能在2017年得到SIG同意,这是一种独立的网络技能,兼容4及5系列蓝牙协议。它把蓝牙设备作为信号中继站,运用低功耗蓝牙播送的方法进行信息收发,可以完结多对多设备通讯,然后完结大面积掩盖。这种技能可组节点成百上千,无需网关就可以直接与智能终端通讯,满意物联网的衔接需求,特别是在工业物联网、才智城市、智能建筑等范畴具有运用优势。

  相对于经典蓝牙,低功耗蓝牙有传输远、功耗低、推迟低一级优势。传输距离方面,经典蓝牙只要10-100米,而BLE最远能传输300米;衔接方法上,经典蓝牙只能经过点对点的方法传输,而BLE设备可以能经过点对点、播送、Mesh组网与其他设备相连;在功耗上,两者的不同巨大,低功耗蓝牙工作和待机功耗极低,运用一颗扣子电池便能接连作业数月乃至数年之久。

  经典蓝牙支撑音频传输,而低功耗蓝牙首要用在非音频数据传输上。依据这个距离,经典蓝牙和低功耗蓝牙运用场景有所不同。经典蓝牙首要运用在音频传输设备上,而低功耗蓝牙首要用在数据传输范畴,特别是以物联网为主的数据传输。

  蓝牙技能联盟(SIG)逐步中止保护经典蓝牙规范,蓝牙进入5.0年代是一个必定。跟着蓝牙技能规范不断晋级,为进步蓝牙产品品质,推动新版蓝牙运用,蓝牙技能联盟对经典蓝牙规范逐步中止保护,已于2019年吊销经典蓝牙2.0版别,弃用4.1/4.0/3.0/2.1版别,并将于2020年正式吊销4.2曾经的版别,不再认证4.2规范以下的产品,5.0版别的高端低功耗蓝牙代替曾经蓝牙是未来干流趋势,蓝牙进入5.0年代已是铁板钉钉。

  低功耗蓝牙获益可穿戴设备、物联网开展,商场空间达65亿美元,坚持快速增加

  蓝牙分为经典蓝牙和低功耗蓝牙。经典蓝牙一般包含根底速率(BR)、增强速率(EDR)、高速率(HS/AMP)这三种方式,低功耗蓝牙则包含低功耗模块(LE)。

  在低功耗蓝牙芯片商场中,存在单模和双模两种不同的芯片规划。单模蓝牙芯片是指仅支撑低功耗传输功用的芯片,而双模蓝牙除了支撑低功耗传输以外,还支撑经典蓝牙传输,这就使得蓝牙芯片可以兼容4.0以下的版别。值得注意的是,双模低功耗蓝牙实践功耗更挨近于经典蓝牙。

  可穿戴设备是低功耗蓝牙首先迸发的商场,当时处在快速增加期。依据IDC数据,估计2019年全年可穿戴设备出货量有望超越2.23亿台,2023年出货量将添加至3.02亿台,年复合增加率到达7.9%。可穿戴设备增加首要来自腕式设备和耳戴式设备,其间腕式设备出货量占比超越60%,首要为智能手表和手环,常用于健康、运动等场景,作为手机等移动终端的外围设备,数据传输是其首要功用,对功耗有很高要求。

  物联网商场增量空间巨大,且对功耗和组网才能要求更加严厉,低功耗蓝牙将是局域物联网重要玩家。低功耗蓝牙以其本钱低、功耗低、Mesh组网能衔接上千个节点的优势,无论是在单个设备仍是体系构建上,都有用武之地,因此低功耗蓝牙是局域物联网运用场景不可或缺的玩家。

  详细来说,低功耗蓝牙在物联网未来迸发的空间会集在智能家居、才智楼宇、才智城市、智能工业等范畴。依据蓝牙技能联盟(SIG)数据,估计2023年蓝牙智能家居设备年出货量将到达11.5亿,年复合增加率到达59%;估计2023年蓝牙智能楼宇设备年出货量会到达3.74亿,年复合增加率到达46%;估计2023年蓝牙才智城市设备年出货量会到达1.97亿,年复合增加率到达40%;估计2023年蓝牙才智工业设备年出货量到达2.78亿,年复合增加率到达40%。

  低功耗蓝牙商场将持续增加,2023年全球低功耗蓝牙商场有望到达67亿美元,2018-2023年复合增加率达7.6%。依据蓝牙技能联盟SIG预算,2018年低功耗单模蓝牙出货量为5.4亿,双模蓝牙出货量为27亿,BLE总商场规划约45亿美元。估计到2023年,全球90%以上的蓝牙设备将运用低功耗蓝牙芯片,约有三分之一的设备将运用单模低功耗蓝牙,出货量估计到达16亿,商场空间达22亿美元;为了可以充沛运用蓝牙技能的优势,双模蓝牙正在代替经典蓝牙,估计2023年双模蓝牙芯片出货量将达32亿,商场空间高达45美元。2018至2023年低功耗蓝牙全体复合增加率到达7.6%。

  全球低功耗蓝牙企业出现充沛竞赛的格式,国外厂商布局较早,市占相对较大。自2010年低功耗蓝牙引进以来,国外厂商引领低功耗蓝牙建造,到现在为止,全球首要低功耗蓝牙厂商有Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。除泰凌微外,其他厂商多来自欧美和日本,占有高端BLE芯片商场,其间挪威的Nordic以40%左右的市占率成为BLE范畴的龙头,国内在这个范畴市占率较高的厂商只要泰凌微一家,现在产品在照明范畴运用较多,其他厂商多是蓝牙范畴的低端同质产品。

  以Nordic为代表的国外厂商在低功耗范畴布局较早,掌握技能和商场先机。前期低功耗蓝牙(或称“蓝牙智能”)由诺基亚和Nordic合作开发,被归入蓝牙4.0规范并发布,因此Nordic也为低功耗蓝牙规范贡献了核心技能和专业知识,成为技能开山祖师。在具有技能优势根底上,Nordic精确掌握商场趋势,快速推动低功耗蓝牙芯片研制,在2012年发布了第一代超低功耗蓝牙nRF51系列,在2015年又成功推出nRF52系列低功耗芯片,并及时将这两个系列蓝牙晋级到5.0及以上版别,占有商场先机。2018年Nordic低功耗蓝牙芯片收入为1.85亿美元,年增加率23.3%,市占率40%左右。

  细分运用范畴的逐步浸透助力Nordic完结商场开辟。早在2013年,Nordic在电脑配件商场占有一席之地,这个商场为其低功耗蓝牙运用供给了杰出的过渡。在此根底上,Nordic瞄准物联网商场,不断开辟低功耗蓝牙在物联网细分范畴中的运用,特别在可穿戴设备、智能家居、医疗保健设备商场上获得了不少客户的喜爱,在商场上占有了领先位置。Nordic客户分部在欧洲、美洲和亚太;2018年亚太地区客户带来的业务收入高达75%,我国是首要的客户之一。

  Dialog是仅次于Nordic的第二大低功耗蓝牙芯片公司,到2018年,低功耗蓝牙芯片出货量超越2亿颗。2018年Dialog低功耗蓝牙业务收入约0.52亿美元,年增加率21%,市占率约11%。公司从2013年开端研制低功耗蓝牙,2015年第一代低功耗蓝牙出货,逐步构成完好的产品组合,2016年第二代低功耗蓝牙出货,并在2017年晋级到蓝牙5.0。其产品首要运用在可穿戴设备和智能家居上。

  可见,国外占有必定商场份额的公司在低功耗蓝牙研制上起步较早,与下流客户联络严密,为最近几年低功耗蓝牙运用场景的迸发做了足够的衬托。虽然低功耗蓝牙以国外厂商为主,但在全球商场上并未构成少量厂商独占的局势。

  低功耗蓝牙作为物联网重要无线衔接技能,运用场景越来越丰厚,国内厂商也在加快布局,除掉传统蓝牙企业活跃转型或拓宽新板块,低功耗蓝牙创业公司也如漫山遍野般萌生。虽然国外低功耗蓝牙芯片开展较早占有优势,但国外产品遍及价格昂贵,且面临着持续开发难度大、国内本土化服务缺乏等下风,为国内企业进入低功耗蓝牙范畴发明了时机。

  国内传统蓝牙厂商出货的BLE的遍及会集在低端BLE上,版别在4.2及以下,近两年才开端转型布局BLE5.0,但首要仍是运用在蓝牙音频上的双模低功耗蓝牙芯片,少量厂商开发具有蓝牙mesh和室内定位等功用的单模蓝牙透传芯片。台湾络达、瑞昱建立时刻较早,首要出产蓝牙音频芯片,在2016年今后才连续研制高端BLE,近两年有部分BLE5.0产品出货,但量还不算大。其他公司例如恒玄、珠海杰理、炬芯、博通集成等,近年来都连续转向高端低功耗双模蓝牙产品研制。例如,2019年4月上市的公司博通集成,上市筹资首要用于研制BLE5.0和5.1芯片。

  国内前期切入BLE芯片商场的厂商只要泰凌微一家,但近几年以BLE作为创业方向的公司越来越多。泰凌微于2010年建立,是我国第一家真实意义上的低功耗蓝牙,2014年第一代低功耗蓝牙芯片完结量产,2016年多模低功耗蓝牙芯片诞生。产品首要运用于物联网中智能照明和可穿戴设备,它是国内出货量最大的低功耗蓝牙厂商,全球占比挨近8%。其他低功耗蓝牙创业公司比方富瑞坤、巨微、奉加微、联睿微、桃芯科技等也正在起步,并结合我国企业的需求,开发本土化程度更高的低功耗蓝牙芯片。

  芯片规划工业搬运大势所趋,多重驱动使得国内低功耗蓝牙厂商完结进口代替确定性高。跟着我国对集成电路工业政策支撑发力,以及为了抵挡中美交易冲突带来IC供应链危险等外部要素;还有国内物联网开展带来蓝牙终端商场的巨大需求影响,以及国内芯片规划优秀人才变多等内部要素;蓝牙厂商逐步向内地搬运,高端低功耗蓝牙作为一个好赛道,国产代替是一个必定。

  无线衔接设备对功耗要求高,平衡BLE功用和功耗非常要害。在可穿戴设备、蓝牙位置服务、智能家居、工业物联网等蓝牙新式运用方向中,这些设备不需求时刻坚持工作,只需在被唤醒时,进行数据传输或履行操控,并且每次传输的数据量不大。出于体积约束和无线衔接的要求,要设备坚持持久工作就需求功耗极低,这就对BLE芯片的功耗提出了要求。

  低功耗蓝牙芯片功耗首要来历为动态工作功耗和静态睡觉功耗。而这些功耗是受设备激活时刻、休眠时刻、激活和休眠之间转化频率、履行通讯协议和运用程序的功率、供电电压、作业温度等要素影响。图24反映了衔接事情和衔接距离对功耗的影响,当设备激活工作时,功耗较高,处在休眠状况时,功耗较低;当衔接距离越长时,通讯频率下降,传输时刻变长,而功耗也变低了。别的,图25表明从设备(slave)对主设备(master)宣布的衔接事情呼应的时刻也对功耗有影响。从设备只在有数据的时分才传输,在没有数据要传输的景象下不需求对主设备进行呼应,功耗也会下降。

  BLE功耗的下降,首要是经过芯片规划和体系规划完结。在规划之初,经过合理地区别软硬件,得到比较合理的低功耗体系计划。在此根底上进行规划,芯片规划上需求考虑防反常功耗规划、功耗办理规划、电源办理规划、微功耗值守电路规划等;详细而言是要削减射频、电源办理和体系操控的功耗。体系规划方面需求外围软件开发习惯硬件,优化软件代码以削减运算杂乱性,选用低功耗的程序规划以及有用的外围功耗办理规划,然后到达产品功耗和功用的最佳平衡。

  BLE衔接稳定性直接影响用户体会,是决议产品商场开辟广度和深度的重要要素。外界环境无线搅扰许多,给BLE衔接带来问题,比方设备无法衔接、衔接反常断开、重复断开重连、复位从机衔接的状况。蓝牙芯片要杰出抵挡外部搅扰,厂商的芯片规划是确保稳定性的首要环节。特别是对模仿信号搜集、模数转化、射频端的电路规划,决议了产品稳定性。

  从信号链视点动身,蓝牙芯片要传输传感器搜集的数据,需求经过基带和射频来完结。基带部分处理数字信号,进行信道编码、脉冲成形和调制解调等,射频端则经过功放、滤波器、天线等发送信号。而在这些过程中,蓝牙芯片需求区别并处理其他蓝牙设备发生的信号或其他无线技能发生的无关信号,以确保数据完好且高质量的传输,这也是蓝牙芯片稳定性的表现。BLE芯片稳定性很大程度上表现了产品功用,这要求公司经验丰厚的模仿芯片工程师对芯片架构做合理规划,使蓝牙传输信号坚持稳定,优化蓝牙功用。

  BLE厂商能否成功切入商场,不只需求产品功用好,还要价格合理;而公司自身也需保有较高毛利率来保持工作。这两个要素都要求公司的产品本钱要低,而芯片本钱首要包含芯片规划本钱和芯片硬件本钱。

  BLE芯片规划本钱包含研制费用、EDA开发工具、IP授权等费用。这部分费用不同公司差异较大,而蓝牙IP授权费用占芯片规划本钱的很大一部分。低功耗蓝牙芯片运用的CPU核首要来自ARM,蓝牙通讯协议多选用CEVA公司,这些费用都不算廉价。

  蓝牙芯片硬件本钱包含芯片制作、封装测验阶段的费用。制作本钱占比最大,首要包含晶圆本钱和掩膜本钱,这些本钱与选用的制作工艺和芯片规划才能直接相关。选用越先进工艺,一片wafer可以切开的die就越多,面积越小,单颗芯片本钱越低;可是wafer自身的本钱与芯片规划杂乱度相相关,规划越杂乱,掩膜本钱就越高,芯片制作本钱越高。相比之下,芯片封测本钱占比较小,占比在硬件本钱30%以下。硬件本钱操控首要表现芯片公司议价才能,且议价才能的提高是首要靠规划提高完结的。一般来说,芯片产量大的企业规划效应更显着,均匀本钱也会下降。

  在下流运用端,客户还非常重视BLE运用计划全体本钱。大多数蓝牙芯片都以SOC的方法存在,而在实践运用中,要构成体系级计划,或许还需求其他配件。所以,客户挑选何种芯片,还需求考虑芯片集程度,运用计划全体本钱,以及计划完结的难易程度等。回来搜狐,检查更多

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