ST推出的BlueNRG-LP，這是首款支持 128 個并發連接的藍牙低功耗 SoC。它也是我們第一款獲得藍牙低功耗 5.2 認證的設備。BlueNRG-LP 支持遠程、2 Mbps 傳輸和廣告擴展等功能，僅舉幾例。此外，它借鑒了以前的架構，在 ST 藍牙芯片上提供了最廣泛的動態范圍。為了達到這樣的性能和優化水平，我們的團隊專注于 SoC 的無線電和微控制器。后者現在是運行在 64 MHz 的 Cortex-M0+，它使用 64 KB 的 RAM。相比之下，BlueNRG-1 和BlueNRG-2 依賴于 32 MHz 的 Cortex-M0 和 24 KB 的 RAM. 出于安全目的，新設備還具有一次性可編程存儲區。

BlueNRG-LP：其他任何事情之前的第一步

STEVAL-IDB011V1 評估板和更新的 BlueNRG 軟件

流程工程團隊選擇藍牙 SoC 的過程通常很復雜。許多因素可能會影響決策，從成本到過去的經驗、性能和易用性。因此，為了幫助團隊更快地評估 BlueNRG-LP，我們還發布了軟件和開發工具的更新。例如，開發人員可以將新的STEVAL-IDB011V1 BlueNRG-LP 評估板與BlueNRG Navigator GUI一起使用。該軟件可以上傳示例應用程序，從而幫助管理人員了解我們對新 SoC 的期望。

BlueNRG Navigator GUI 提供的演示項目數量非常多。在大約20 個應用程序中，開發人員可以快速測試 SoC連接多達 128 個設備的能力。他們還可以嘗試通過廣播到八個頻道而不是傳統的三個頻道來進行廣告擴展。同樣，一個項目展示了更高的可用吞吐量，而另一個項目則提供了更長的范圍能力。因此，工程師擁有大量應用程序啟動器，可以極大地加快其概念驗證的開發。

ST還發布了新版BlueNRG電流消耗工具。該實用程序以令人信服的圖形表示我們新設備的低功耗功能，以影響決策者。開發人員還可以決定通過移植在以前的 BlueNRG SoC 上運行的代碼來測試新設備。由于只是從 Cortex-M0 遷移到 Cortex-M0+ 的問題，因此該過程相對簡單。

左側是 BlueNRG 電流消耗工具。右側是展示 ST 工具精度的實際功率波形。

了解新的工業和技術挑戰

在選擇藍牙 SoC 時，工程師會關注正在塑造其行業的最新趨勢等。工業應用必須將更多的傳感器節點連接到網關。音頻處理能力變得越來越重要。藍牙 SoC 必須提供更多的處理能力，同時保持較低的材料清單和功耗。應對這些挑戰絕非易事，它需要在無線電和微控制器層面進行優化。事實上，一次僅連接多達 128 臺設備在當今世界上是獨一無二的，但還不夠。我們知道工程師會問兩個關鍵問題：“這些連接有多好？” “我能用它們做什么？” 答案在于 BlueNRG-LP 如何實現更大的功率、更好的安全性、更高的效率和更低的成本。

BlueNRG-LP：更強大、更安全、更高效的連接

高速

從事工業應用的團隊必須處理影響范圍或數據速率的重大限制。例如，一些系統必須覆蓋難以置信的長距離。這種應用的一個例子是連接到整個智能工廠的無數板的網關。另一方面，其他設備必須快速傳輸大量數據，例如在固件更新期間。新的 ST SoC 實現了兩者。通過提供 LE 2M PHY，BlueNRG-LP 可以達到高達 2 Mbps 的數據速率。相比之下，之前 BlueNRG SoC 中的 LE 1M PHY 停止在 1 Mbps。正如我們在BlueNRG-2N 博客文章中解釋的那樣，更快的傳輸在一定程度上要歸功于數據長度擴展的更大有效負載，以及藍牙 5.0 固有的帶寬增加。

長距離

在 LE 2M PHY 的另一端，藍牙 5.0 提供更大的覆蓋范圍。不幸的是，許多工程師經常忽視這種遠程功能，因為他們低估了它的潛力。BlueNRG-LP 提供 LE 編碼 PHY，可在兩個藍牙設備之間實現更遠的距離，而無需額外的功率放大器。ST 使用現有開發板和應用程序的實際測試達到了 1.3 公里（0.8 英里）。

范圍的增加是可能的，因為 LE 編碼 PHY 使用前向糾錯等功能，它為每個數據包添加了額外的位。但是，數據冗余會導致 125 kbps 的較低帶寬。另一個有助于避免干擾的功能是頻道選擇算法#2 （CSA #2）。雖然 CSA #1 只能在 37 個頻道之間跳轉，但 CSA #2 有 65，535 個頻道可供使用。這種大選擇有助于避免碰撞和褪色效果。無論附近有很多設備，還是它們之間的距離很遠，CSA #2 都能提高網絡的可靠性。最終，更遠的距離是可能的，因為藍牙 5.0 可以更好地處理在覆蓋很遠距離時不可避免地困擾信號的背景噪聲。

鏈接預算

從事藍牙應用程序的工程師總是運行鏈路預算分析，這是一種幫助他們預測整體性能的設計輔助工具。簡而言之，它確保設計人員能夠預見特定問題，例如無法到達接收器的信號強度不足。在大多數教科書中，鏈路預算分析使用以下等式：

接收功率 （dBm） = 發射功率 （dBm） + 增益 （dB） - 損耗 （dB）。

然而，如今工程師使用的數據表幾乎總是給出發射功率 （TX） 和接收器的靈敏度水平 （RX）。因此，大多數現實世界的項目根據以下等式定義其鏈路預算：

| 鏈路預算 （dB） | = TX 功率 （dBm） – 靈敏度水平 （dBm）。

BlueNRG-LP 的 TX 功率能夠達到 +8 dBm（可按 1 dBm 步長進行編程），RX 靈敏度為 -104 dBm（125 kbps）或 -97 dBm（1 Mbps）。因此，新的 ST SoC 具有 112 dB 和 105 dB 的鏈路預算，具有業界最大的鏈路預算。因此，與鏈路預算較低的設備相比，工程師可以預期在相同功耗下具有更好的性能。

阻止黑客

安全性是工程師在設計系統時關注的另一個重要方面。消費者對隱私和保護免受威脅的問題更加敏感。因此，希望構建藍牙系統的團隊會著眼于保護用戶和數據的功能。BlueNRG-LP 為這些關鍵的工程挑戰提供了答案。其中之一是存在一個安全引導加載程序，它在啟動固件之前檢查固件的簽名。這種措施可以防止 rootkit 或低級攻擊。開發人員還可以禁用 SWD 和 UART訪問以保護 Flash。同樣，1 KB 的內存是一次性可編程的，以保證其完整性。因此，理論上，有權訪問該設備的黑客將無法克隆或修改其內容。

更高的計算吞吐量和更低的功耗

開發人員必須找到提高性能、準確性和用戶體驗的方法。為了解決這一挑戰，工程師們經常求助于具有更高計算吞吐量的設備。然而，許多藍牙終端產品必須具有低功耗才能保持電池壽命。因此，工程師應該找到一種方法來調和這些看似矛盾的要求。

BlueNRG-LP 為這一挑戰提供了新的解決方案。由于其更高的頻率和更強大的架構，SoC 現在支持更復雜的算法。這些建立在 MEMS 和語音庫之上的過程在嵌入式系統中非常流行。此外，意法半導體還免費提供藍牙SIG認證的Mesh stack。因此，覆蓋大面積區域并達到 126 跳或 32，000 個節點變得非常容易。

然而，盡管頻率更高、內存更多，BlueNRG-LP 的功耗卻低于其前代產品。它的傳輸峰值電流為4.3 mA （0 dBm），而 BlueNRG-2 需要 8.3 mA （-2 dBm）。同樣，新設備的 RX 峰值為3.4 mA（在靈敏度級別），而上一代需要 7.7 mA。空閑時功耗的改善也很顯著。BlueNRG-LP 在深度停止模式下僅需0.6 μA，并具有完整的 RAM 保留。另一方面，BlueNRG-2 需要 9.5 μA，盡管 RAM 較少。所有這些改進都證明了我們最新的芯片優化和改進的實施。

BlueNRG-LP：更具成本效益的設計

降低物料清單

連接 128 臺設備的能力是獨一無二的，BlueNRG-LP 解決了許多技術挑戰。但是，一些工程師會非常重視總體成本。因此，新的 SoC 必須提供減少材料清單的獨特優勢。解決此問題的一種方法是將 12 位模數轉換器（或帶抽取濾波器的 16 位）與 8 個輸入通道集成。與以前的 SoC 相比，精度的提高意味著 BlueNRG-LP 現在可以擁有一個可編程增益放大器。PGA 將音頻信號從 0 dB 放大到 30 dB，從而允許使用模擬麥克風。與數字麥克風相比，模擬替代品更具成本效益，從而確保更低的物料清單。

另一種更具成本效益的系統的方法是減少外部設備的數量。因此，我們設計 BlueNRG-LP 以嵌入更多組件并簡化 PCB。例如，新的 SoC 現在有六個負載電容器。因此，設計人員無需在 PCB 上焊接外部電容器即可使用高速晶體。BlueNRG-LP 還集成了射頻巴倫，這意味著工程師不再需要專用的巴倫。這也意味著新器件只有一個射頻單端輸出引腳，簡化了布局。最后，SoC 的 SMPS 具有更高的時鐘。因此，設計人員可以使用更小、更具成本效益的電感器。

價格合適

當工程師尋找藍牙 SoC 并根據其層次結構證明他們的選擇是合理的時，低單價至關重要。為了應對這一挑戰并保持 BlueNRG-LP 的成本效益，ST 堅持使用 256 KB 的閃存。新設備的藍牙堆棧通常需要 80 KB 到 100 KB。因此，開發人員有大約 120 KB 的空間用于他們的應用程序，這對于大多數用例來說已經足夠了。如果設計需要更多的存儲空間、更強大的計算能力或臨時外圍設備，它們自然會傾向于BlueNRG-2N 和專用主機 MCU。

我們通過提供三種類型的套餐進一步優化了我們的定價結構。QFN32 有 20 個 GPIO，而 QFN48 和 WLCSP49 分別有 32 個和 26 個。此外，我們還提供具有一半 RAM 的 BlueNRG-LP 變體。因此，只需要 32 KB 和更少 pin 的團隊不需要支付更多。同樣，我們提供最高可達 85 oC 的型號和最高可達 105 oC 的相同型號。工業設計會很樂意使用后者，而其他人會選擇前者并保存。

審核編輯：郭婷