La historia de desarrollo del chip BLE Sep 15, 2021
A fines de 2019, 4.540 millones de personas en todo el mundo tienen acceso a Internet, lo que representa casi el 60% de la población mundial. A medida que se desarrolla la tecnología de la información de Internet, cada vez más personas se comunican a través de terminales inteligentes . Los requisitos del usuario para la transmisión de la red continúan aumentando. El contenido de la transmisión de información ha evolucionado desde la imagen original y la información de texto a la transmisión de video, y el escenario de transmisión se ha expandido de personas a personas, de personas a cosas y a la Internet de las Cosas.

Con los crecientes requisitos de transmisión de datosin dispositivos portátiles, servicios de ubicación, hogar inteligente, Internet industrial de las cosas y otros escenarios, como para el conexión inalámbrica dispositivos, al garantizar su funcionamiento a largo plazo y una transmisión de datos estable, reducir el consumo de energía tanto como sea posible se ha convertido en una demanda urgente en el mercado. electrónicaor negocio industrial , Bluetooth juega un papel muy importante en la transmisión inalámbrica. El Bluetooth clásico era el principal método de comunicación inalámbrica de audio de corto alcance en ese momento. Sin embargo, debido al elevado consumo de energía de los auriculares, altavoces y otros dispositivos Bluetooth clásicos, la aplicación de la tecnología Bluetooth tiene grandes limitaciones.


En 2010, la aparición de BLE4.0, una tecnología Bluetooth de bajo consumo, resolvió el problema del alto consumo de energía de los dispositivos conectados de forma inalámbrica. La tecnología de bajo consumo ha hecho que el mercado de Bluetooth crezca locamente, y varios fabricantes de chips Bluetooth compiten entre sí para lanzar sus propios chips Bluetooth de bajo consumo, lo que hace que el mercado de chips Bluetooth sea una situación de prosperidad.


A continuación, se presenta principalmente el historial de desarrollo de tres fabricantes de chips BLE: Texas Instruments (TI), Nordic Semiconductor y Dialog.


El primer año de BLE 4.0 TI dio un golpe preventivo
Poco después de la aparición de la tecnología Bluetooth Low Energy 4.0, se lanzaron rápidamente los primeros productos estrella de TI compatibles con Bluetooth 4.0, CC2540 y CC2541. Con las ventajas de un sólido soporte técnico, fácil desarrollo y bajo umbral de R & D, rápidamente se apoderaron del mercado de Bluetooth Low Energy y ocuparon una cuota de mercado muy alta. CC2540, CC2541 Adopte 8051 core, 256 KB Flash, el poder de computación central puede realizar transmisión transparente de datos, control de luz PWM y otras funciones.

La empresa Dialog se centra en el consumo de energía ultrabajo y en chips de tamaño ultrapequeño. En 2013, lanzó el chip DA14580, que rápidamente promovió la implementación de aplicaciones de brazaletes de gestión de la salud y se apoderó de una gran parte del mercado de brazaletes.


DA14580 adopta un núcleo ARM Cortex-M0 de 16 MHz y 32 bits, con una ROM de 84 KB y una RAM de 50 KB. Puede admitir funciones comunes como la grabación de pasos y la sincronización que se utilizan en la pulsera. La ROM interna de OTP tiene capacidad programable una sola vez y es adecuada para aplicaciones que requieren cierta flexibilidad y bajo costo, especialmente el brazalete de productos electrónicos, que se renueva continuamente y necesita una rápida producción en masa.

Cuando se lanzó DA14580, creó tres primicias mundiales: el consumo de energía más bajo del mundo, el paquete más pequeño del mundo y el primer BLE SOC integrado con el circuito Balun. Estas características hacen que DA14580 sea tan fácil de promocionar en el mercado de brazaletes. Con suficiente potencia informática y el paquete más pequeño, se puede colocar fácilmente en el brazalete, de modo que la tecnología Bluetooth se puede utilizar en el brazalete con espacio más limitado. La tecnología Bluetooth Low Energy hace que la pulsera tenga una buena duración de la batería. Con la misma fuente de alimentación CC-CC, se requieren menos circuitos periféricos y el costo se reduce en consecuencia. DA14580 ocupó rápidamente la mitad del mercado de brazaletes.


El nRF51822 lanzado por Nordic en 2012 es compatible con BLE 4.0, utiliza el núcleo ARM Cortex M0, integra 256 KB de Flash y 16 KB de RAM. El nRF51822 de Nordic también funciona bien en el mercado de brazaletes. En ese momento, el nRF51822 se utilizó para desarrollar el brazalete en China, el más representativo de los cuales fue Baidu Bracelet - Codoon brazalete, el primer dispositivo portátil desarrollado por Baidu. El diagrama esquemático de código y hardware es completamente de código abierto, lo que atrae a una gran cantidad de desarrolladores para desarrollar y depurar. Para el mercado de bajo costo, Nordic lanzó posteriormente un nRF51802 sensible al costo en comparación con el nRF51822.


En la era llamada "El primer año de BLE4.0", TI tomó la delantera en el lanzamiento de CC2540 y CC2541 para apoderarse de la mayor parte del mercado de BLE, y Dialog rápidamente se apoderó del mercado de brazaletes con su ultra bajo consumo de energía. El rendimiento del chip BLE de Nordic fue mediocre.


El primer año de BLE 4.2 Nordic se convirtió en el as en la manga


En 2014, se lanzó Bluetooth 4.2, que no solo mejora la velocidad de transmisión en 2.5 veces, sino que también tiene una mayor privacidad y puede conectarse a la red a través de IPv6. En 2015, TI lanzó CC2640 chip compatible con BLE4.2 e introdujo la plataforma de microcontroladores SimpleLink por primera vez, proporcionando una variedad de series de productos ARM® MCU cableados e inalámbricos en un solo entorno de desarrollo de software, proporcionando opciones flexibles de hardware, software y herramientas para IoT y aplicaciones automotrices, y estableciendo nuevos estándares para los desarrolladores. El chip CC2640 utiliza un núcleo ARM Cortex M3 + núcleo M0. El núcleo M0 se utiliza como chip controlador de sensor. El controlador del sensor procesa previamente los datos recopilados, y los datos que exceden el valor de umbral preestablecido debilitarán la CPU principal para su procesamiento, a fin de reducir el consumo de energía de la CPU principal tanto como sea posible, reduciendo así el consumo de energía general de CC2640. Sin embargo, el Flash de 128 KB es demasiado pequeño para desarrollar aplicaciones más complejas, CC2640 básicamente perdió el mercado de brazaletes.


En este momento, ningún fabricante ha desarrollado un núcleo ARM Cortex M4F, Flash de gran capacidad, chip RAM en el mercado de chips Bluetooth. Un día de febrero de 2016, Nordic lanzó el nRF52832 chip.
El nRF52832 utiliza un núcleo ARM Cortex M4F con aritmética de punto flotante, 512 KB de Flash, 64 KB de RAM, y el rendimiento del núcleo y la capacidad de memoria aumentan exponencialmente. nRF52832 es también el primer chip BLE del mundo que admite partes de las funciones de Bluetooth 5.0. La velocidad de comunicación y el alcance de Bluetooth 5.0 se han mejorado mucho en comparación con Bluetooth 4.2. La introducción de nRF52832 interrumpió por completo el patrón del mercado de Bluetooth. Nordic estableció la posición dominante del mercado de Bluetooth con nRF52832.

Fabricante

Chip

Centro

Destello

RAM

TI

nRF52832

BRAZO Cortex M4F

512 KB

64 KB

nórdico

CC2640R2F

ARM Cortex M3

128 KB

20 KB

Diálogo

DA14681

ARM Cortex M0

144 KB


TI no pudo desarrollar un chip comparable al nRF52832 en poco tiempo. Sobre la base de CC2640, CC2640R2F se lanzó rápidamente a fines de 2016, admitiendo partes de las funciones de Bluetooth 5.0 y respondiendo al lanzamiento del chip nRF52832 de Nordic. El costo de CC2640R2F no es muy diferente al de CC2640, pero es obvio que CC2640R2F no puede competir con nRF52832.


En el primer año de BLE4.2, Nordic logró un contraataque con nRF52832 y estableció su posición dominante. TI lanzó rápidamente CC2640R2F en respuesta al chip nórdico nRF52832 para apoderarse del mercado, mientras que Dialog continúa trabajando duro en el mercado de brazaletes.


La competencia BLE SoC se vuelve candente


Desde entonces, la competencia de los principales fabricantes de chips en BLE SoC ha entrado al rojo vivo. En 2018, TI lanzó CC2642, actualizó el núcleo a ARM Cortex M4F, admitió el Bluetooth 5.0 completo con flash de 352 KB y ROM de 256 KB, y actualizó los parámetros de rendimiento del chip BLE. TI continuó mejorando y perfeccionando la plataforma SimpleLink.


Nordic presentó el producto estrella nRF52840 que es totalmente compatible con la función Bluetooth 5.0. Utiliza flash de 1 MB y RAM de 256 KB, y sus parámetros de rendimiento se mejoran aún más, lo que puede cumplir con escenarios de aplicación más complejos y requisitos de potencia informática, y continuar consolidando su posición en el mercado de chips Bluetooth.
La estrategia de Dialog de consumo de energía ultrabajo permanece sin cambios. Para el mercado de brazaletes, se han introducido DA14681 y otros chips. El mercado de las pulseras inteligentes se está desarrollando rápidamente. El volumen de envío de Mi band3 de Xiaomi superó los 10 millones solo en 2018. En el futuro, la demanda del negocio de brazaletes inteligentes se ampliará aún más y se diseñarán aplicaciones especiales para diferentes industrias. Por ejemplo, la demanda de pensión inteligente, médico inteligente y otros escenarios repentinos. y la demanda de chips que admitan funciones más complejas crecerá en el futuro.



BLE SoC altamente refinado para los requisitos

Mientras mejoraban los parámetros de rendimiento de los chips, los principales fabricantes de chips Bluetooth comenzaron a mejorar y perfeccionar la línea de productos para diferentes necesidades de posicionamiento de productos. La tendencia del mercado de Bluetooth ha cambiado sutilmente. Mientras satisfacen las aplicaciones del mercado de gama alta, los fabricantes también han comenzado a apoderarse de la participación del mercado de gama baja.


Diálogo

Alto rendimiento. En febrero de 2019, Dialog lanzó la última serie DA1469x de chips BLE SoC de alto rendimiento, utilizando tres núcleos informáticos para ser responsables de la detección, el procesamiento de datos y la comunicación. El micro DSP programable es responsable de la comunicación del sensor independiente y la gestión de datos, Cortex-M33 procesa los datos y Cortex-M0 + es responsable de la comunicación inalámbrica. DA1469x es compatible con el último estándar Bluetooth 5.1. En el futuro, también puede desarrollar la función de posicionamiento en interiores para ayudar a la empresa de diálogo a continuar explorando el mercado de brazaletes de alta gama.


Bajo costo. Por otro lado, Dialog ha lanzado un chip DA14531 de bajo costo, que se apodera aún más de la participación de mercado de las pulseras de gama baja.

nórdico

Alto rendimiento. El 14 de noviembre de 2019, Nordic anunció el lanzamiento del primer miembro de los chips de la serie nRF53 de próxima generación: nRF5340 gama alta multiprotocolo SoC, diseñado con procesador ARM Cortex-M33 de doble núcleo, con 1 MB de Flash, 512 KB de RAM, para satisfacer las necesidades de los escenarios de aplicaciones funcionales complejas.


Bajo costo. En términos de chips de bajo costo, Nordic introdujo nRF52805 con núcleo ARM Cortex-M4, 48 KB de RAM y 192 KB de ROM. Al mismo tiempo que se alcanza la potencia informática básica, se reduce el coste del chip y se atrae rápidamente la visión de los usuarios de bajo coste. Por ejemplo, en el ratón inalambrico solución, el mouse inalámbrico usa nRF52805 y el transceptor usa nRF24L01. Esta combinación tiene un gran rendimiento y cumple con las funciones básicas del mouse inalámbrico. Al mismo tiempo, la alta ventaja de rentabilidad hace que este tipo de mercado con necesidades específicas sea más selecto. Nordic continúa mejorando su línea de productos, y los productos de gama alta y baja avanzan juntos.

TI

Alto rendimiento. TI lanzó CC1352, CC2652 chips multiprotocolo para casa inteligente.


Bajo costo. En términos de chips de bajo costo, TI lanzó el CC2640L para ofrecer más opciones a los usuarios que buscan la rentabilidad.


Desde el momento en que los chips BLE no eran populares en el mercado hasta ahora, cuando los productos de chips se subdividen en cada demanda de aplicación funcional, hay varios fabricantes en el mercado de chips BLE y cada uno tiene sus propias características. Hasta ahora, la cuota de mercado de Bluetooth es Nordic, Dialog y TI. A excepción de estas tres empresas, ST y Silicon Labs tienen una pequeña cuota de mercado debido a su entrada tardía en el mercado de BLE.


Las fichas de China se han acumulado mucho y se están poniendo al día


En la ola de actualización de chips, no solo se están desarrollando los fabricantes extranjeros, sino también los fabricantes de chips nacionales están en auge. Desde el establecimiento del fondo gubernamental de apoyo a la industria de chips a nivel de 100 mil millones en 2014, se han introducido políticas preferenciales para los chips en todas partes y ha aumentado el número de empresas de chips. Para 2016, el número de empresas de diseño de chips se duplicó en comparación con 2014, llegando a más de 1300. La brecha entre los chips nacionales y los extranjeros sigue siendo muy grande. Todavía hay muchos problemas, como la escasez de talentos, el bajo margen de beneficio y la brecha evidente en múltiples eslabones de la industria. Pero los chips domésticos se están poniendo al día. En algunos escenarios de aplicación específicos, chips domésticos han podido satisfacer completamente las necesidades de la aplicación y reemplazar chips extraños.



Vale la pena mencionar que los chips domésticos introducidos por ASR han pasado la prueba del mercado en términos de rendimiento, estabilidad y madurez. Los chips nacionales se están poniendo al día con los chips extranjeros y están ganando reconocimiento en el mercado. El mercado de chips ya no se fabrica solo en el extranjero. En el futuro, en la elección de chips Bluetooth, podemos prestar más atención a los chips Bluetooth domésticos.
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