蓝牙模块技术指标详解

南京国春电气设备有限公司 销售文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 1/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 蓝牙模块技术培训资料之二 蓝牙模块技术指标详解 TDOC 1.1 南京国春电气设备有限公司 2007.9.10 《内部资料》 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 2/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 目 录 蓝牙模块技术培训资料之二.................................................................................................................................. 1 一、 蓝牙模块的种类.............................................................................................................................. 3 1、 蓝牙模块的定位.......................................................................................................................... 3 2、 蓝牙模块的种类.......................................................................................................................... 3 3、 蓝牙模块的选择.......................................................................................................................... 4 二、 蓝牙模块的通讯频率...................................................................................................................... 4 1、 蓝牙的工作频段.......................................................................................................................... 4 2、 蓝牙模块的跳频与工作模式...................................................................................................... 5 三、 蓝牙模块的.............................................................................................................................. 5 1、 蓝牙协议简介.............................................................................................................................. 5 2、 蓝牙协议 V1.1 V1.2与 V2.0的比较 ...................................................................................... 6 四、 蓝牙模块的外围接口...................................................................................................................... 7 1、 UART串行口 .............................................................................................................................. 7 2、 USB接口 ..................................................................................................................................... 7 3、 双向数字 IO口............................................................................................................................ 8 4、 音频接口...................................................................................................................................... 8 5、 SPI编程口 ................................................................................................................................... 8 五、 蓝牙模块的功率与距离.................................................................................................................. 9 1、 蓝牙模块的发射功率.................................................................................................................. 9 2、 蓝牙模块的接收灵敏度.............................................................................................................. 9 3、 蓝牙模块的通讯距离.................................................................................................................. 9 六、 蓝牙模块的功耗与电流.................................................................................................................. 9 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 3/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 一、 蓝牙模块的种类 1、 蓝牙模块的定位 蓝牙模块（BlueTooth Module）又叫蓝牙内嵌模块、蓝牙模组，一般意义上的蓝牙模块主要面向 产品需要增加蓝牙无线传输功能的用户，用户不需要了解详细的蓝牙技术，进行蓝牙软、硬件开 发，只需提出自身产品要求的电路接口、数据格式、通讯对象即可，这样可以节省用户的技术投 入成本，缩短其产品上市时间。 2、 蓝牙模块的种类 n 蓝牙模块的种类很多，市场上叫法也五花八门，最为人知的是手机蓝牙与蓝牙耳机，蓝牙模 块可以从应用、芯片、技术、性能等多个角度区分。 n 从应用角度区分蓝牙模块的叫法最多，如：手机蓝牙模块、蓝牙耳机模块、蓝牙语音模块、 蓝牙串口模块、蓝牙电力模块、蓝牙 HID模块等等。 n 从技术角度看可分为三种：蓝牙数据模块、蓝牙语音模块、蓝牙远程控制模块 蓝牙数据模块主要用于各种接口的数据传输，如：RS232接口串行数据传输，USB数据传输 等，是蓝牙应用中最成熟的一种，一般基于电缆替代协议。 蓝牙语音模块主要用于语音的传输，目前分单声道话音模块、立体声模块 蓝牙远程控制模块主要用于蓝牙键盘、蓝牙鼠标、蓝牙遥控器等 HID 应用，也可用于工业 远程控制，但实现方式不同，如蓝牙键盘、蓝牙鼠标等 HID应用有专门的 PROFILES规范， 不同厂家的产品可以互联互通，但工业等特殊场合应用需要高稳定性，高可靠性，标准的 HID规范过于复杂，并不适合。 很多情况下，会需要数据、语音同时传输，或同时进行远端控制，市场上大部分蓝牙模块不 能实现，这是公司产品 GC系列蓝牙模块的优势。 n 从芯片采用的角度看可分为 ROM版模块、EXT模块及 FLASH版模块， ROM 版模块采用芯片厂家的 ROM 版芯片，特点是芯片厂家将标准的应用 PROFILES 固化 在芯片中，用户无法对芯片内程序进行修改，适合大规模的批量生产，价格很低，如蓝牙耳 机模块、手机模块、鼠标键盘模块等。 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 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 4/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 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。 Flash版的芯片价格高，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，如公司产品 GC-04／05／06蓝牙模块，同时内置了音频编解码电路，适 合各种语音网关等应用。 n 从功率角度来看，可分为 CLASS1 蓝牙模块，标准通讯距离 100 米，如公司产品 GC-05； CLASS2蓝牙模块，标准通讯距离 10米，如公司产品 KC-02，GC-04/06。 n 从上游芯片厂家来分，市场上有 CSR、Brandcom、爱立信、PHILIP等，市场上大部分解决 方案是前两家公司的方案，爱立信等主要为自已手机等产品配套。公司采用 CSR 的芯片开 发模块及应用软件。 3、 蓝牙模块的选择 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，芯片厂家会推出价格很低的产品；工业蓝牙应用一般应采用 FLASH版的芯片生产的模块，运行速度快，具备高集成度、高可靠性、高性能指标等特点。 为用户选择公司的蓝牙模块产品只需了解用户要求的通讯距离及接口类型即可，参考 GC系列蓝 牙模块数据手册。 二、 蓝牙模块的通讯频率 1、 蓝牙的工作频段 蓝牙设备一般工作在 2400MHz的 ISM频段。ISM的含义是工业、科学及医学的首字母缩写，起 始频率为 2402MHz，终止频率为 2480MHz，还在低端设置了 2MHz 的保护频段，高端设置了 3.5MHz的保护频段。 由于 ISM频段是无需申请的公共频段，大量的无线设备采用这个频段如：无线WIFI网（802.11）、 2.4G无线通讯、ZIGBEE等，为了避免相互干扰，蓝牙采用了自适应跳频 AFH（Adaptive Frequency Hopping）、功率控制、LBT（Listen Before Talk）等独特的技术措施，避免相互冲突。 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 5/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 2、 蓝牙模块的跳频与工作模式 蓝牙采用跳频技术，将整个工作频段划分为 78个信道，当一对蓝牙设备进行通信时，双约定同频 跳频，同一时隙在同一个信道分时进行收发，天线收发共用，每秒跳频 1600跳，信道的数量限制 了同一时隙有效距离内理论上最多 78对设备在工作。 实际应用中如确需同一场所大规模应用，可以通过功率控制来缩短有效距离，增加蓝牙的空间利 用率，减少碰撞与冲突，不同厂家的产品，其性能会在此类应用中体现出来。 公司客户实际应用案例中，20对以上蓝牙模块同时进行数据传输，未受任何影响，体现了公司产 品的抗干扰能力，但不同的电磁环境可能会有不同的影响，如有同时同一场所大规模应用的客户 需求，应就此问题与客户进行技术交流。 三、 蓝牙模块的协议 1、 蓝牙协议简介 蓝牙协议是由蓝牙兴趣小组 SIG（Bluetooth Special Interest Group）开发的无线通讯协议，主 要面向近距离的无线数据语音传输，完成电缆替代的核心应用，蓝牙技术发展中经历了 V1.1、 V1.2、V2.0、V2.1等 4个版本，其中 V1.1协议是最早成熟的协议，对蓝牙早期的产品统一起到 很大的作用，V1.2是最成熟的蓝牙应用协议，目前大部分设备还采用这种协议，V2.0在 V1.2的 基础上增加了 EDR（扩展数据速率），V2.1是最新提出的版本，各芯片厂家都在产品研发测试中， 还未进入实用领域，所有的蓝牙协议都向下兼容，不同版本的协议可以互联互通。 从层次上区分蓝牙协议可分为底层协议、中间层协议及应用层协议三类，蓝牙底层协议包括： 射频规范(RadioSpec)、基带规范(BaseBand)、链路管理协议(LMP)、逻辑链路控制与适配协议规 范(L2CAP)、HCI 协议等，中间层的协议包括：业务搜索协议(SDP)、串口仿真协议(RFCOMM)、 电话控制协议规范(TelCtrl)、与红外通信协议的互操作性(IrDAOper)、对象交换协议（Object Exchange，OBEX)等，底层协议与中间层协议共同组成蓝牙核心层协议，蓝牙应用层协议也叫蓝 牙应用规范 PROFILE（也有成剖面），都建立在核心协议的基础上。 蓝牙应用规范很多，其中较典型的有服务发现 SDA（Service Discovery Application），互通 （Intercom），无绳电话（Cordless Telephony），传真（FAX），拨号网络（Dial-up Networking）， 耳机（Headset），局域网访问（LAN Access），文件传输（File Transfer），同步（Synchronization）， Object Push等。各种 Profile从协议栈中选取不同的协议组合来完成特定的功能。 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 6/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 2、 蓝牙协议 V1.1 V1.2与 V2.0的比较 V1.1协议基本已经停用，公司 GC-04／05／06模块采用了 V1.2协议，目前市场上有不少产 品采用了 V2.0协议。由于公司的 GC系列模块主要面向蓝牙串口数据传输和蓝牙语音传输，V1.2 最大数据速率已达 1.3Mbps，已经足够支持串口数据传输；V2.0提速到了 3Mbps，提高了大文件 传输效率，但文件传输应用中，802.11才是今后发展的主流。 n Bluetooth 1.1 由于没有考虑到设备互操作性的问题，Bluetooth 1.0规范在标准方面有所欠缺。例如出于安 全性方面的考虑，Bluetooth 1.0设备之间的通信都是经过加密的——当两台蓝牙设备之间尝试着 建立起一条通信链路的时候，它们会因为不同厂家设置的不同口令的不匹配而无法正常通信;或 如果辐设备处理信息的速度高于主设备的话，随之而来的竞争态势会使两台设备都得出自己是通 信主设备的计算结果等等。Bluetooth 1.1规范对这一问题进行了解决，Bluetooth 1.1技术规范要 求会话中的每一台设备都需要确认其在主设备/辐设备关系中所扮演的角色。 此外，Bluetooth技术本将 2.4GHz 的频带划分为 79个子频段，而为了适应一些国家的军用 需要 Bluetooth 1.0重新定义了另一套子频段划分标准，将整个频带划分为 23个子频段，以避免 使用 2.4GHz频段中指定的区域。这造成了使用 79个子频段的设备与那些设计为使用 23个子频 段的设备之间互不兼容。Bluetooth 1.1标准取消了 23子频段的副标准，所有的 Bluetooth 1.1设备 都使用 79个子频段在 2.4GHz的频谱范围之内进行相互的通信。 此外，Bluetooth 1.1规范也修正了互不兼容的数据格式会引发 Bluetooth 1.0设备之间的互操 作性问题的这个问题，允许从设备主动与主设备进行通信并告知主设备有关包尺寸方面的信息。 Bluetooth 1.1规范之中，辐设备可以在必要的时候通知主设备发送包含多/少 slots的数据包。 n Bluetooth 1.2 Bluetooth 1.1 标准的无线蓝牙的缺点与优点同样的明显，例如它很容易受到主流的 802.11b 设备干扰。在 Bluetooth SIG宣布的最新的蓝牙 1.2设备标准中，新发布的 1.2标准就提供了更好 的同频抗干扰能力，并且加强了语言识别能力，并向下兼容 1.1的设备。 1.2版最大的改进在于增加了 AFH自适应跳频技术(Adaptive Frequency Hopping)这项技术， 并主要针对现有蓝牙协议和 802.11b/g 之间的互相干扰问题进行了全面的改进，防止用户在同时 使用支持蓝牙和无线局域网(WLAN)的两种装置的时候出现互相干扰的情况。 增强了语音处理，改善了语音连接的品质(可以提高蓝牙耳机的音质);并能更快速的连接设 置。 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 7/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com n Bluetooth 2.0 新版蓝牙规范提高了带宽，使得新版本的蓝牙设备可以传输更大的文件，同时 2.0+EDR 版 本兼容所有旧版规范。2.0+EDR版的开发是基于当前对提升数据吞吐量的需要，比如传输 CD音 质的流媒体文件，数码相片和激光打印等。 蓝牙核心规范 2.0 +EDR主要如下： 3倍数据传输速率(最大可以达到 10倍) 更多的带宽简化了多连接模式 向后兼容早期蓝牙设备 降低了比特误差率 BER(Bit Error Rate) 四、 蓝牙模块的外围接口 蓝牙模块的外围接口种类很多，不同的蓝牙模块配置不同，主要有：UART串口，USB接口， 双向数字 PIO，数模转换输出 DAC，模拟输入 ADC，模拟音频接口 AUDIO，数字音频接口 PCM， 编程口 SPI，另外还有电源、复位、天线等。 1、 UART串行口 串行接口是蓝牙模块最常用的外围接口之一，用于数据传输或蓝牙模块的指令控制，为了方 便直接嵌入用户产品中，蓝牙模块的串行口为 TTL电平（3.3V）， 一般提供 4条引脚：UART_TXD UART_RXD UART_CTS UART_RTS，可以与单片机的 UART引脚直接相连，CTS、RTS不用时， 公司 GC 系列模块可悬空，其它厂家产品可能不同。如需与 PC 的 RS232（±15V 电平）串口相 连，必须做 TTL至 232的电平转换，具体请参考 RS232的引脚定义及公司 Demo板的电路图。 对 5V单片机系统，要求蓝牙模块供电电压必须为 3.3V，但 UART口可以直接互连。 蓝牙模块的串口参数可以按用户的要求调整，V1.2最大速率可设为 1.3MBPS，但对串口而言 这个速率太高了，需专用的高速串口卡才行，常用的速率一般为：9600，19200，115200 等。对 V1.2 蓝牙协议而言，空中最大传输速率为 1.3M，语音与数据虽然连接方式不同，但空中带宽是 共用的，语音占 64K，在串口与语音同时传输的情况下，也是充足的。 2、 USB接口 蓝牙模块的 USB接口是标准的 USB接口，可能与 PC、嵌入式系统的 USB口直接相连，数据 Administrator Pencil Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008 For Evaluation Only. 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 8/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 线引脚为 USB_DN USB_DP，可以传输数据，PCM语音，PIO控制信号等，由于 USB接口应用 中一般主机（HOST）中有操作系统，一般应选择 ROM版的蓝牙模块，成本较低，如 USB端要 同时传输模拟音频，类似公司 GCM-201A固件，则只能采用 FLASH AUDIO的模块。 公司 GC 系列模块 USB 最低高电平为 2.8V，推荐使用 3.1V，传输速率为 12Mit/s，在 USB 的主从角色中，蓝牙模块只能做为从端，USB不用时可悬空。 3、 双向数字 IO口 双向数字 IO主要用于控制信号的输入与输出，如开关、按键、LED指示、外围驱动等，完 全可以取代单片机的类似功能，高电平（2.7-3.3V），低电平 0V。对 EXT 芯片，外接存储要占 用 PIO口；对 CLASS1的模块，功率控制会占用 PIO0、PIO1，在应用中一般要注意避开。 PIO不用时可以悬空，单引脚驱动电流可达 20MA，如用多个 PIO驱动，驱动能力会下降， 应建议用户外接驱动电路。 4、 音频接口 n 模拟音频 AUDIO接口 具备AUDIO接口的模块内置了 15 bit音频编解码器，8Khz采样频率，提供MIC输入、SPEAK 输出接口，MIC输入有差分输入和单端输入方式两种，支持-60DBV---40DBV的麦克输入， 输入阻抗 20KΩ；也支持线路输入，最大输入电平 380mV rms； SPEAKER输出可直接驱动负载电阻>8Ω的 SPEAKER负载，也可以外接放大电路，驱动音频 设备，对高阻负载可提供 700mv rms输出信号，对低阻负载 20mA的信号，信噪比大于 70dB， 具体电路参数参考公司的设计示范电路。 n 数字音频 PCM接口 具备数字音频 PCM接口的模块需外接音频编解码器，有 PCM_IN，PCM_OUT，CLK时钟， SYH同步 4条接口线，详细情况请参考相关技术文档。 5、 SPI编程口 公司的蓝牙模块对用户开放了编程口，主要目的是方便蓝牙固件升级和参数调整，SPI编程口与 PC的并行接口相连。 Administrator Pencil Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008 For Evaluation Only. 南京国春电气设备有限公司 销售培训文档 地址:南京市珠江路 88号新世界中心 A座 420 网址: www.guochuntech.com 9/9 南京总部电话：（025）84703800，13813876787 北方区:（010）68536327 15911016369 Email:njguochun@gmail.com MSN：njkaichun@gmail.com 五、 蓝牙模块的功率与距离 1、 蓝牙模块的发射功率 蓝牙模块的发射功率级别分 CLASS1和 CLASS2（最早还有更小的功率级别，现在已不采用）， 标准的 CLASS1 蓝牙模块发射功率为+20dbm，即 100mw；标准的 CLASS2 蓝牙模块发射功率 <6dbm,即小于 4mw，蓝牙模块在查找、配对、通讯不同的过程中，其发射功率会不同； 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，目前蓝牙天线有 PCB印制天线，陶瓷天线，外置 2.4G天线等，公司用特殊 PCB制作的天线，增益波瓣基本为球 形，实测在各类板载天线中效果最好。 2、 蓝牙模块的接收灵敏度 蓝牙模块接收灵敏度<-80dbm，公司的 CLASS1增加了前置放大器，灵敏度<-90dbm 3、 蓝牙模块的通讯距离 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。标准 CLASS1蓝牙模块通讯距 离 100米，CLASS2蓝牙模块通讯距离 10米，标准通讯距离是指天线相互可视的情况下。 在采用 CLASS1蓝牙模块与 CLASS2蓝牙产品（如耳机、PDA、笔记本内置蓝牙等）对通的 情况下，实际通讯距离在 40-50米。 公司 GC-05在空旷场所测试最远通讯距离>300米，GC-04／06最远通讯距离>30米，但销售 人员在向用户介绍时应按标准说明，不应夸大。 六、 蓝牙模块的功耗与电流 蓝牙模块的功耗大小与工作模式相关，在查找、通讯和等待时，功耗不同，不同的固件，因 其 PARK、HOLD、SNIFF等参数设置不同，功耗也会不同，公司另有专门资料说明。