详解蓝牙模块的分类

 摘要:蓝牙模块,是一种集成蓝牙功能的PCBA板,用于短距离无线通讯,蓝牙模块将芯片和外围硬件电路集成到一个PCB上,开发出所需的内置程序实现蓝牙功能的设备。可以通过相关接口和MCU控制设备进行数据传输、可实现蓝牙标准通信和组网。本文从蓝牙模块的不同的分类方式上去梳理蓝牙模块的类型,尽量的从分类方式的角度去了解蓝牙模块所具备一些特性和功能。

一、按照协议类型分

(1)经典蓝牙模块

        经典蓝牙模块(BT)泛指支持蓝牙协议4.0以下的模块,可以细分为:传统蓝牙模块和高速蓝牙模块。

        传统蓝牙模块:蓝牙诞生之初,使用的是BR基本速率技术,此时蓝牙的理论传输速率,只能达到721.2Kbps,在2004年推出支持蓝牙2.0协议的模块,在智能手机时代爆发,新增EDR蓝牙增强速率(Enhanced Data Rate)技术,通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps,是蓝牙1.2技术传输速率的三倍。因此除了可获得更稳定的音频流传送和更低的耗电量之外,还可充分利用带宽优势同时连接多个蓝牙设备。

        高速蓝牙模块:高速蓝牙模块在2009年推出,主要代表是支持蓝牙3.0协议的模块,新增了High Speed技术,可以使蓝牙调用802.11 WiFi用于实现高速数据传输,传输率高达24Mbps,是传统蓝牙模块的8倍。

        经典蓝牙模块一般用于连续流式传输音频和数据量比较大的传输,如:语音、音乐、无线耳机、设备间文件传输、打印机、无线音箱等。

(2)低功耗蓝牙模块

        低功耗蓝牙模块(BLE)指支持2010年推出蓝牙协议4.0或更高的模块,最大的特点是成本和功耗的降低。蓝牙低功耗技术采用可变连接时间间隔,这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。BLE技术采用非常快速的连接方式,因此可以处于“非连接”状态(节省能源),此时链路两端只有在必要时才开启链路,然后在尽可能短的时间内关闭链路。

        低功耗蓝牙应用于实时性要求比较高,但是低速率,低功耗的场景,如鼠标键盘、心率检测器和温度计等传感器设备、智能家居、智能穿戴这类不需要大数据量交互的场景中,非常适合物联网应用。

        综上所述,经典蓝牙并不是BLE的过时版本,经典蓝牙和低功耗蓝牙共存并用于不同的应用,这完全取决于每个人的不同需求。

二、按照对协议的支持分

        按照对蓝牙协议栈支持的数量可以分为单模模块和双模模块。单模和双模的概念是在BLE蓝牙出现之后才有的,我们应该根据成本、应用程序和功能选择需要的模块。

(1)单模模块

        单模模块就是指支持蓝牙某一种协议的模块,仅支持经典蓝牙(BT)协议或者低功耗蓝牙(BLE)协议。

(2)双模模块

        双模式模块是指同时支持经典蓝牙(BT)协议和低功耗蓝牙(BLE)协议的模块,可以运行两套协议堆栈。双模模块有两类:经典蓝牙(仅限数据)+ BLE和经典蓝牙(数据+音频)+ BLE。因此双模模块具有很好的灵活性和兼容性。

        蓝牙双模无疑是未来的主流。经典蓝牙功耗较大,4.0以后的蓝牙BLE功耗小,但不支持音频协议及受数据传输速度限制,蓝牙双模则是综合了两者的优缺点,既可以支持音频传输,同样可支持数据传输,功耗低,并且兼容性也是两者之和。

三、按照功能分

        站在蓝牙模块传输内容大小的功能角度来说,可以分为以下几种。

(1)数据模块

        一般使用比较多的是数据模块,也就是低功耗蓝牙,也叫透传蓝牙模块。对于数据量不大,传输近距离,运行和待机功耗有严格要求的设备来说是一个很好的选择,由于功耗方面的优势,4.0蓝牙模块目前已占据移动数据传输大部分份额,并且规模和份额还有望继续成长。

(2)音频模块

        而音频模块就需要非常大码流的数据传输,所以比较适合经典的蓝牙模块。

(3)数据和音频复合模块

        可以同时实现语音、音频、数据的传输,在移动互联,数据+音频应用的大趋势下,数据和音频复合的双模模块是一个很好的选择。

四、按照芯片设计分

        这是根据模块中蓝牙芯片使用的存储类型来区分的。

(1)ROM版本

        一般是芯片厂家的ROM版芯片,特点是芯片厂家将标准的应用PROFILES 固化在芯片中,一般是固定功能的,用户无法对芯片内程序进行修改。可外接EEPROM,存储空间较小,可用于存放蓝牙地址、设备名称、PIN 码等。

        使用ROM版本芯片做的产品差异化较少,但是开发简单,对于一些常规产品,不需要深度定制化的产品,选用ROM版本芯片可以开发进度,加快产品上市时间。适合大规模的批量生产,价格很低,比较常见的是用于dongle、蓝牙耳机模块、手机模块、鼠标键盘模块等,可以修改配置参数,但基本功能是固定的。大规模民用产品一般选用ROM版模块,如市场上的USB蓝牙适配器,由于大部分协议会运行在PC内部,对芯片处理能力要求很低,因此芯片厂家会推出价格很低的产品。

(2)FLASH版本

        芯片一般内置FLASH,存储空间较大,如果要做一些客户自定义的产品,比如需要增加一些传感器、与外部MCU进行通信,增加蓝牙协议或服务,则需要使用FLASH版本,客户可在FLASH版本芯片的已有工程上添加自己的工程代码,开发自己的固件,做出差异化的产品,相对来说灵活性高一些。

        FLASH版本的芯片价格高,但用户可以按自已的应用需求进行,由于芯片内置了FLASH存储,其各性能表现出色,同时内置了音频编解码电路,适合各种语音网关等应用。工业蓝牙应用一般应采用FLASH版本的芯片生产的模块,运行速度快,具备高集成度、高可靠性、高性能指标等特点。

(3)EXT版本

        EXT模块采用的芯片没有FLASH存储,需外扩存储器件,用户可以进行应用开发,特点是价格适中,不足是稳定性、功耗等性能差异大,同时大部分EXT芯片没有音频解码电路,如需实现音频传输需外接编解码器件。

五、按照功率分

        针对功率来说,低功耗蓝牙和经典蓝牙又有区别。

        低功耗蓝牙没有功率的级别,传输距离可超过100m,5.0协议的距离甚至可达300m,具体距离看产品的设计功率。低功耗蓝牙技术的调制与传统蓝牙技术略有不同。这一不同的调制以10mwdb的无线芯片组(低功耗蓝牙最大功率)实现最远300m的连接范围,也就是说整个家居及楼宇范围都能覆盖,实现更加稳健且可靠的连接。

        经典蓝牙有3个级别的功率,用Class表示,按照蓝牙规范的规定,Class并不用来规定距离的,而是标明发射功率。蓝牙模块发射功率参数确定后,实际发射效率与射频电路、天线效率相关,蓝牙模块的通讯距离与发射功率、接收灵敏度及应用环境密切相关,蓝牙工作在2.4G频段,穿透能力较差,在有遮挡的情况下,应在实际现场测试通讯效果。功率控制的目的是将辐射控制在限制范围内,而不会干扰相邻蓝牙设备的正常工作,使用链路管理协议来实现主从设备之间的功率控制算法。

(1)Class 1

        Class 1输出功率为1mW (0dBm)~100mW (20dBm),支持100m传输距离,为达到最大范围,功率控制是强制。Class 1是用在大功率,远距离的蓝牙产品上,但因成本高和耗电量大,不适合作个人通讯产品之用(手机、蓝牙耳机、蓝牙Dongle等等),故多用在远距离传输上。

        远距离传输一般很少人会用到,但如果想要远距离传输音频,远距离连接音响,更常见是在一些大型会场、舞台、工业场景,用支持Class 1的蓝牙适配器是最好的解决方案。

(2)Class 2

        Class 2输出功率为0.25mW (-6dBm)~2.5mW (4dBm),功率控制可选,正常情况下1mW(0dBm)支持10m传输距离,只要发射功率能超过0dBm就是属于Class 2的范围,但是如果超过4dBm的话,那就是Class 1。

        现在市面上常见的蓝牙设备大多是功耗Class 2,多用于手机内、蓝牙耳机、蓝牙Dongle 的个人通讯产品上,耗电量和体积较小,同时方便携带。

(3)Class 3

        Class 3输出功率为≤ 1mW (0dBm),支持1m传输距离。输出功率最低,Class 3类设备由于其覆盖距离非常有限,所以不常见。

六、按照支持的温度分

(1)商业级

        温度范围约为0℃~70℃。一般用在普通的民用产品中,在生活中较为常见且价格较低便宜。适用于环境条件(如温度、EMC和机械应力)处于轻度至中等水平的消费产品应用。如各种消费类的电子产品,智能家电,娱乐设备、移动计算、相机、显示器、路由器和测试设备等。

(2)工业级

        温度范围约为-40℃~85℃。一般用在工业环境中,同时也能够在环境不太好的室外或者有干扰的情况下运行。与商业级产品相比,工业级产品可以承受更极端的环境,适合、预期或要求用于工业用途的类型或质量,例如在运输、工厂自动化、高冲击和振动的环境。

(3)汽车级

        温度范围约为-40℃~125℃。一般用在车载或恶劣环境中,由于汽车在启动过程中,会产生很高的热量,因此在高温方面,会比工业级高一些,在价格上也会比工业级贵一些,其可能会受到高水平的EMI、碰撞、冲击和振动以及极端温度的影响。因此该类型产品专为汽车、交通运输和其它关键任务应用而设计,符合行业标准汽车规范。

(4)军工级

        温度范围约为-55℃~150℃。一般用在军方的设备中,因此对其要求也是最严格的,主要使用在导弹、飞机、坦克、航母等军工领域,档次是最先进的,精密度高,工艺先进同时价格也很昂贵,军工级一般要比工业级领先数年时间。

总结

        通过上述对蓝牙模块的不同分类方式的梳理,不仅可以了解到一些蓝牙的基础知识,也可以从不同分类方式的角度在蓝牙模块的选型上提供一些思路。最后整篇文章浓缩为下面一张蓝牙模块分类的思维导图。

《详解蓝牙模块的分类》

 

更多技术内容和书籍资料获取敬请关注微信公众号“明解嵌入式”

《详解蓝牙模块的分类》

    原文作者:Sharemaker
    原文地址: https://www.cnblogs.com/Sharemaker/p/16950926.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
点赞