蓝牙技术可以满足音频传输、数据传输、位置服务、设备网络等多种应用需求,在智能手机、平板电脑、智能门锁,甚至汽车等各种设备中都配备了蓝牙通信标准。《2019 蓝牙市场最新资讯》数据显示,2019 年,27 亿蓝牙设备在出厂时同时配备 BR/EDR 和低功耗蓝牙;如今在售的所有耳机中,50%采用了蓝牙。ABI Research 预测,至 2023 年,蓝牙设备总出货量将达到 54 亿件,其中 90%扬声器将采用蓝牙,新售出的电视中将有半数以上采用蓝牙,全球新出厂的轿车、卡车和 SUV 中,93%都会将蓝牙做为标配。

 

数据来源:《2019 蓝牙市场最新资讯》

 

回顾蓝牙技术的发展历程,从 1994 年至今,在长达二十多年的时间里,蓝牙技术在不断的进行升级更新,在无线传输速率、传输距离、功耗等重要技术指标上不断突破,如今是无线通信领域中最重要的技术标准之一。

 

从蓝牙1.0到蓝牙5.0五级跳

 

蓝牙1.0~蓝牙5.0技术对比(点击图片查看大图)

 

蓝牙发展的三个重要技术节点

从蓝牙 1.0 到 5.0 的技术变迁中,有三个技术节点非常关键。

 

低功耗蓝牙(BLE

蓝牙 1.0 到蓝牙 3.0 存在的共同问题是功耗太高,传输距离太短,直到蓝牙 4.0 提出了低功耗蓝牙,这一问题才得到解决。蓝牙技术联盟关于功耗的描述是:蓝牙 4.0 拥有极低的运行和待机功耗,使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。

 

从传统蓝牙和低功耗蓝牙的对比数据来看,假设某一传统蓝牙设备的待机功耗为 1W,低功耗蓝牙功耗是其 1%~50%。传统蓝牙传输距离是 10 米,低功耗蓝牙传输距离最远 100 米。

 

蓝牙Mesh

蓝牙 Mesh 网络是用于建立多对多设备通信的低能耗蓝牙新的网络拓扑。它允许用户创建基于多个设备的大型网络,网络可以包含数十台,数百甚至数千台蓝牙 Mesh 设备,这些设备之间可以相互进行信息的传递,适用于楼宇自动化、无线传感器网络、资产跟踪等应用,Mesh 网状网络被看作实现物联网的关键钥匙。

 

 

另外,蓝牙 Mesh 采用 flooding(广播)的方式进行信息的转发,将信息从网络当中的某一个节点转发至目的节点。同时,蓝牙 Mesh 也继承了低功耗的优点,蓝牙 Mesh 网络中的低功耗节点可以通过减少射频收发机(RF transceiver)开启的占空比来达到低功耗的目的。

 

蓝牙5.0

2016 年,蓝牙技术联盟推出了蓝牙 5.0,在传输速度和传输距离上有了更大的提升。对比而言,蓝牙 5.0 的传输速率是蓝牙 4.2 的两倍,速度上限为 2Mbps,有效传输距离是蓝牙 4.2 的四倍,理论上可达 300 米,数据包容量是蓝牙 4.2 的八倍;支持室内定位导航功能,结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位。

 

LE Audio:音频市场的下一个热点

蓝牙技术使消费者能够摆脱连接线的束缚,尽享音乐的乐趣。无论是在旅途中使用耳机,在家中使用高保真度音箱,还是在海滩上使用便携式音箱,蓝牙都彻底改变了我们体验音乐的方式。尽管蓝牙在向新的市场和应用扩展,但是蓝牙无线音频传输解决方案仍在不断增长,预计未来五年出货量的年复合增长将达到 7%,到 2023 年出货的蓝牙设备中,39%将支持音频传输,蓝牙音频设备出货量达到 12.7 亿件。

 

蓝牙在音频领域保持着持续创新,在近期推出了下一代蓝牙音频——低功耗音频(LE Audio)。蓝牙技术联盟市场副总裁孔德荣介绍,“LE Audio 可在低功耗蓝牙无线电上运行,它由低功耗等时信道提供支持,这是蓝牙核心规格 5.2 版本中引入的一项新功能,在低功耗无线电上增加了同步数据传输。对低功耗音频的支持不仅可降低功耗,还有助于基于单一模式的蓝牙低功耗无线电,开发出同时能够进行无线数据传输和音频传输的设备。

LE Audio 不仅将提升蓝牙音频的性能,新增对助听器的支持,还推出音频分享功能,带来全新的音频体验。”

 

LE Audio 与标准音频对比:

 

 

通过对比发现,LE Audio 采用低复杂性通信编解码 LC3,LC3 具有在低数据速率条件下也能提供高音质的特性,将为开发者提供巨大的灵活性,使其在产品设计时能够更好地在音质和功耗等关键产品属性之间进行权衡;支持新功能多重串流音频,可实现单一音频源设备与单个或多个音频接收设备间,同步进行多重且独立的音频串流传输。针对真无线耳机等产品,开发者将能够使用多重串流音频功能来提高性能。例如,当耳机同时连接到智能手机和笔记本电脑时,多重串流音频可提供更好的立体声体验,使语音助手服务的使用更加无缝,并使多台音源设备之间的切换更加顺畅。

 

另一个重要的功能是 LE Audio 将添加广播音频功能,使单一音频源设备能够向不限数量的音频接收器设备广播一个或多个音频串流。广播音频可以是开放式的,允许任何范围内的接收器设备参与;也可以是封闭式的,仅允许具有正确密钥的接收器设备参与。比如,在机场等公共场所,即使在公共电视静音的情况下,用户也可以接收电视机的音频信息。

 

关于 LE Audio 带来的技术和成本问题,孔德荣强调,“在过去 20 年,我们在标准音频领域积累了丰富的经验,LE Audio 具有灵活的框架,在设计中,开发者可以利用搭建乐高的理念进行产品研发,进行多重应用转换。在技术规格方面,LE Audio 的成本与 Classic Audio 相比并不会提升,当然具体产品定价策略由相关厂商而定,比如它可以在 LE Audio 的基础上新增其他功能。”

 

世界卫生组织数据显示,全球 15%的成人存在不同程度的听力受损。至 2050 年,这一百分比将翻倍。LE Audio 以低功耗、高音质和多重串流功能为基础提供更强大的助听器支持。孔德荣表示,“以前只有正常人才能体验蓝牙音频,以后听力受损人士也能体验到蓝牙音频的所有益处。”

 

面对巨大的市场潜力,国内蓝牙芯片厂商争相进入

市场在哪里,供应商的脚步就会到哪里。蓝牙技术,尤其是低功耗蓝牙的应用市场潜力巨大,必然有众多芯片厂商争相进入这一市场。笔者盘点了一下,国内外厂商众多,其中不乏高通、博通、德州仪器、Nordic、赛普拉斯、Dialog、Microchip、英飞凌、意法半导体、联发科等国际大厂,同时还有不少国内厂商的身影,相对车载 MCU 市场,国内蓝牙芯片厂商的表现非常积极。

 

炬芯(珠海)科技有限公司

炬力集成是一家致力于集成电路设计与制造的大型半导体技术集团,旗下拥有三家子公司——炬芯(珠海)科技有限公司、炬才微电子(深圳)有限公司、北京炬力北方微电子有限公司。炬芯(珠海)科技有限公司成立于 2014 年 6 月,是中国领先的低功耗消费类系统级芯片设计厂商,为无线音频及智能耳穿戴、智能多媒体、智慧计算及物联网等产品领域提供专业芯片及完整解决方案。公司具备自主研发的超高清多媒体音视频编解码技术、高效电源管理技术、包括射频技术在内的无线通信技术、音频前处理和后处理技术,以及高性能低功耗多核 CPU 和 GPU 整合等核心技术群,为客户提供专业芯片及完整解决方案以及方便其二次开发的开源平台。

 

针对蓝牙芯片市场,提供 SOC 多合一蓝牙芯片,内部集成 MCU、DSP 等模块,外挂 flash、FM。支持 U 盘、SD 卡、AUX 等功能,在中低端市场,音质比较好,客户口碑不错,但价格偏贵,定位于中低端蓝牙音箱市场。

 

珠海市杰理科技股份有限公司

珠海市杰理科技股份有限公司成立于 2010 年,主要从事射频智能终端、多媒体智能终端等系统级芯片(SoC)的研究、开发和销售。公司产品主要应用于 AI 智能音箱、蓝牙音箱、蓝牙耳机、智能语音玩具、超高清记录仪、智能视频监控、血压计等物联网智能终端产品,下游应用产品市场十分广泛和巨大。为国内外客户提供通用高性能、低功耗的蓝牙、视频和集成电路处理器的无线通讯链接系统(SoC)芯片,并为智慧城市、智慧家庭和物联网等多种应用场景提供完整的无线通讯解决方案。

 

其产品为 SOC 多合一蓝牙芯片,内部集成 MCU、flash、FM、DSP 等模块,支持 U 盘、SD 卡、AUX、混响等功能,功能齐全。对外开放 SDK 包,外围扩展接口丰富,用户可自行定义产品功能,调试方便。在中低端市场,音质、底噪、稳定性、功耗等方面,每颗芯片都支持一拖二、TWS 功能。

 

博通集成电路(上海)股份有限公司

博通集成电路(上海)股份有限公司成立于 2004 年,是国内著名的无线连接芯片公司,拥有完整的无线通讯产品平台,支持丰富的无线协议和通讯标准。博通已成为国内消费电子和工业应用无线 IC 的市场领导者,在国标 ETC 射频收发器、无线键盘鼠标芯片、FRS 对讲机芯片、无人机无线遥控芯片、蓝牙音响芯片等均是主要供应商。

 

博通研发团队拥有国际领先的 RF-COMS 集成电路设计能力,结合先进的数字信号处理(DSP)技术,开发设计单片集成的射频收发器及相关 SOC 产品,通讯载波频率涵盖 900-MHz 和 2.4-GHz 的 ISM 频段及 5.8-GHz 的 UNII 频段。产品广泛应用于无绳电话、移动电话、对讲系统、无线键鼠、游戏手柄、安保监控、射频标签、物联网络和高速公路不停车收费等领域。

 

上海富芮坤微电子有限公司

上海富芮坤微电子有限公司,成立于 2014 年,是一家致力于射频集成电路芯片的设计、研发及产品销售的集成电路设计企业。 公司一直专注于数模混合的无线 SoC 芯片设计与产业化实施,在数模混合无线芯片领域处于国内领先地位,并拥有众多自主知识产权。芯片主要面向于消费类电子产品,具有广阔的市场前景。公司主要产品线为:蓝牙连接、蓝牙音频、低功耗蓝牙、WiFi。公司重视并积极发展与具有国际水平的晶圆制造厂和封装测试厂深层次的合作关系,确保富芮坤的所有产品的性能和质量达到国际市场一流厂商的水平。       

上海巨微集成电路有限公司

上海巨微集成电路有限公司由中国一流 IC 设计专家联合创立,拥有多位具有多年成功行业经验的海归博士,清华博士为骨干的研发团队。公司顺应无线互联网的潮流,投入即将到来的物联网产业的发展,专注芯片和与之相关的系统设计,提供最高性价比的通用无线芯片和无线传感器芯片和方案,并成为无线传感节点的主要供货商,其核心技术能力覆盖射频,模拟,SOC 和系统软件的设计。已经推出的产品包括 Beacon 接收 / 发射专用芯片、低功耗蓝牙数传芯片、通用 BLE 射频收发前端芯片。

 

锐迪科微电子(已被紫光集团收购)

锐迪科微电子成立于 2004 年,致力于射频及混合信号芯片和系统芯片的设计、开发、制造、销售并提供相关技术咨询和技术服务。产品主要包括 GSM 基带 / 多制式射频收发器芯片 / 多制式射频功放芯片 /Bluetooth 、无线、调频收音组合芯片 / 机顶盒调谐器 / 数字及模拟电视芯片 / 对讲机收发器 / 卫星电视高频头等。产品主要应用于手机通讯、无线连接和广播通信领域。清华控股有限公司是紫光集团的绝对控股股东,清华控股有限公司是清华大学出资设立的国有独资有限责任公司。

 

易兆微电子

公司成立于 2014 年,是一家无晶圆厂半导体公司。设计、研发和销售用于蓝牙及 WiFi 应用的无线片上系统和射频芯片。自成立以来,公司立足国内,致力于设计满足无线设备厂商需求的产品。特别是高集成度、低功耗、设计灵活和复合市场需求的产品。易兆微电子所提供的射频芯片和解决方案覆盖了大部分无线应用市场。如,POS 机产品、可穿戴设备、物联网设备、无线键鼠、无线游戏控制器和无线健康运动装备等。

 

除了以上公司之外,国内蓝牙芯片厂商还有多家。近期成立于 2015 年 6 月的联睿在由新加坡淡马锡旗下祥峰投资领投的 A+轮融资中获得了数千万元的投资,老股东北极光创投跟投。该公司致力于研发超低功耗、低成本蓝牙核心芯片技术及在可穿戴和物联网等领域的应用,投资人之所以在此时出手,除了看好创业团队的技术实力,更看好的是低功耗蓝牙市场未来的发展潜力,未来五年的近百亿出货设备。