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带您看懂蓝牙芯片规格书(Datasheet)

时间:2019-02-20     作者:桃芯科技【原创】

市面上蓝牙芯片也不少,看着写的也差不多。他们到底是什么样的性能?到底谁家好?到底谁适合你?里面有多少玄机?我们一起解读解读,假设我们没有用过他们,同时假设这些规格都没有明目张胆的无中生有。

我们选取高中低端的几家芯片,并且以BLE为重点,包括N,D,T等几款当前代表性的芯片为例来观察一下。

首先我们理解一下蓝牙协议。通常一个无线通信协议,从应用层到空口,数据都经过包装,不考虑互联网层的话,有那么几个处理步骤(发送侧):应用层面加密,应用层面的编码,高层协议封装,底层协议封装,底层加密,物理通道的编码,调制,射频前端。接收侧则相反。蓝牙协议方面,如果简化一下,可以用下图表示。

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然后,我们挑几个比较关键的特性比较比较,看看这些芯片到底差别在哪里。

一, CPU和Memory

N:32-bit M3/M4 processor with cache,Frequency 48/64MHz,最大配置512KB Flash and 64KB RAM

可以看到N的处理器还是不错的,最高能跑到64MHz,还带有cache,说明是Embeded Flash,否则的话内置flash跑不到64M的频率,严重影响CPU的效率。Flash作为程序存储基本上支持OTA,目前通常BLE的代码在256KB以内,即使支持Mesh的话。当然如果做一些分散加载的手段,代码大于存储一半的话,也是可以支持OTA的。

D:32-bit M0 processor,Frequency 16MHz,配置了2MB Flash,64KB OTP,96KB SRAM,128KB ROM

D的只是M0,频率也只是到了16MHz。这表明他不需要cache,即使内置Flash。同时,我们可以预测这颗芯片只能跑蓝牙协议栈,也就是上图中Host+Link部分的软件,上层应用的部分会相当的费力,或者说不太可能了。稍有复杂应用就必须要另外配个CPU芯片去做解决方案了。

回来说memory。当然了,我们看到他配置了2MB Flash,那么他也就不是内置Flash了,因为目前工艺不支持这么大的内置Flash。他应该是SIP的一颗Flash。另外,看到他内置64KOTP和128KB的ROM,应该理解他把上图中LINK部分(也可能另外加上部分HOST)的协议栈固化了,否则没有必要这么大OTP和ROM。96K RAM的用意是支持更多的可连接数。

T:32-bit proprietary processor(~M0) with cache,Frequency 48MHz,支持512KB Flash和64KB SRAM

处理器约等于M0的话,能力差一点,但能跑到48M,应该能跑多数的应用了。但不是M系列的,软件开发者没准有点犹豫。看数据支持cache以及512KB Flash,那么原理上应该是embeded Flash。唯一的问题是看看芯片是在谁家流片的,T家的就没问题,S家的512KB Flash要打个很大的问号。具体的,我们就不猜测了,关心的就需要仔细去了解。

这里我们不光看memory的大小,还要看到memory后面的意思,以及对应用的影响。光看memory数字意义也不大。

二, 蓝牙5特性

N的最高端支持全部蓝牙5的特性,包括2Mbps,Long Range,Advertising Extension。但其他型号不支持LongRange。

D的规格书里面只提到全部支持新的蓝牙5feature,但没有具体的表述,所以,全不全只有用了才知道。

T的提到支持2Mbps以及LongRange,但不支持Advertising Extension。

从以上可知,市面上真正支持蓝牙5所有规格的芯片是非常少的。N家的有一款全部支持的,但定价方面,对支持LongRange的那一款也是非常高端。但也只有N明确的说明了所支持的feature,其他的就要考虑考虑。

三, 射频特性

我们看看下面这张表。

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对于1Mbps,各家对应-95/-93/-96dBm;对于125Kbps LongRange,各家对应-103/xx/-101Kbps。对应D家,没有这个LongRange数字,所以参考之前的FeatureList也没有单独提到蓝牙5的各种feature,那么总体的印象就是有点疑虑的。

发送功率最高可以到+8/0/+10dBm。这个跟射频的设计定义相关,发射功率越大,当然面积,功耗等也就会越大。 或者,我们还看到有些芯片描述的是带外部放大电路的数字。

功耗:TX方面跟发射功率相关,也没有明确,我们看RX。RX对应数字为4.6mA/3.7mA/xx。我们看到这里指的是射频前端的功耗,N直接说是峰值功耗,D没有说,但通常是这样的,T没有提。

针对不同的芯片,我们还需要看具体的基础功耗。包括idle的时候的功耗,省电模式的功耗,以及RF重启的时间,等等。这跟SoC省电策略有关,对电池寿命也有相当的影响。

RF指标测试起来比较麻烦,也容易写点特别的数字上去,用户需要看看这些是否影响应用,是否需要较真去测试一下。

四, 低功耗指标

低功耗方面,我们希望看到SoC在不同状态下的功耗。我们看到N的:

  • 0.3 μA at 3 V in System OFF mode
  • 1.9 μA at 3 V in System ON mode, no RAM retention, wake on RTC

0.3uA代表的是关电的时候芯片的漏电;1.9uA代表芯片在只有RTCcounter的时候耗电。这都是有价值的信息,但其实我们还希望看到其他的工作电路指标。这个指标各家有各家的说法,其实我们需要定义一下,比如广播态,125ms睡眠,芯片的平均功耗。

在多数的应用场景下,我们关心的可能就是这3个基本功耗,这代表了在相同的电量底下,芯片处于关电状态,RTC状态,和工作状态时,电池的使用寿命。

D家没有数据。

再看一下T的描述:

  • whole chip rx mode:5.3mA
  • whole chip tx mode:4.8mA@0dBm

这个就很不严密显然不是峰值电流,因为RF的峰值耗电业界至少也是这个水平,加上CPU,外设,肯定打不住啊。如果是指平均电流,那就该描述清楚在什么状态下的数值。光这么写,对用户没有意义。

找到影响电池寿命的关键数据是我们需要关心的重点,其他的看看就行了。

五, 外设及其他

低功耗蓝牙虽然说不仅仅是通信芯片,他还包括了SIG定义的非常多的应用,而且目前很多芯片的CPU能力已经能够处理这些应用。但对于外设来说,除非针对特定的场景,通用芯片的外设接口都还是普通的I2C,Uart,SPI,PWM等等。

其他方面对芯片应用有影响的包括BOM表,用户需要看整体的解决方案的价格,而不只是芯片本身。如果把一个芯片用起来BOM表很贵,那么芯片便宜就没有意义。

另外,包括SDK的友好,简洁等等,都是开发者需要考量的指标。

芯片市场虽然不像其他的消费品市场那样花样繁多,虽仅仅是几家厂商,如果不仔细了解,芯片看起来差不多。但用起来感受一定是相差十万八千里。不知道简单扯的这几句对您是否有启发作用。




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