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低功耗蓝牙

低功耗蓝牙

Bluetooth LE

开发人员的首选

Nordic 的Bluetooth® Low Energy解决方案受到成千上万开发人员的信赖,占据了 40% 的市场份额,是他们的首选,每天有 200 多万个无线 SoC(系统级芯片)出货,用于全球的创新型物联网产品。

为什么选择 Nordic 的低功耗蓝牙解决方案?

强大的无线 SoC 产品组合: 我们丰富的超低功耗无线 SoC 选件具有可扩展的内存配置和功能集,可满足各种需求。如果存储器或功能要求发生意外变化,这也为开发过程提供了灵活性。

超低功耗 MCU 功能和 2.4 GHz 无线电: 我们的小型超低功耗无线 SoC 选件集成了高效 MCU(微控制器单元)功能和高性能多协议 2.4 GHz 无线电以及功能强大的外设,使您能够打造最小、最省电的物联网产品。

功能齐全的认证蓝牙 LE 协议栈: 作为蓝牙标准开发的主要贡献者之一,我们确保我们的蓝牙低功耗协议栈支持所有强制和可选功能。通过全面的可重复使用认证,我们的协议栈可提供具有行业领先互操作性的强大蓝牙 LE 通信。

经过验证的质量、可靠性和互操作性: 在数以千计的开发人员和数十亿无线 SoC 出货量的支持下,我们的解决方案可提供无与伦比的质量和可靠性。我们的蓝牙 LE 协议栈可与从智能手机到平板电脑和智能手表的所有产品实现经过验证的互操作性。

专为开发人员打造: 我们的解决方案简单易用,拥有功能强大的软件和工具、全面的技术支持、全面的文档和实践在线课程,使您能够专注于创建使您的物联网产品脱颖而出的功能。

nRF54系列

新一代无线 SoC

nRF54L 系列将广受欢迎的 nRF52 系列提升到新的水平,专为下一代蓝牙 LE 产品而设计。它集成了新型超低功耗 2.4 GHz 无线电和多用途 MCU 功能,采用 128 MHz Arm Cortex-M33 处理器,处理能力翻倍,处理效率提高两倍。

nRF54L 系列中的三款无线 SoC 提供多种内存大小选择,最大 1.5 MB NVM,最大 256 KB RAM,适用于各种蓝牙 LE 应用。

低功耗蓝牙产品系列

nRF54H Series

nRF54L Series

nRF53 Series

nRF52 Series

Wireless SoCs

nRF54H20

nRF54L15, nRF54L10, nRF54L05

nRF5340

nRF52840, nRF52833, nRF52832, nRF52820, nRF52811, nRF52810, nRF52805

Processor

2x Arm Cortex-M33,
up to 320 MHz

128 MHz Arm Cortex-M33

2x Arm Cortex-M33, up to 128 MHz

64 MHz Arm Cortex-M4

NVM

2 MB

Up to 1.5 MB

1 MB + 256 KB

Up to 1 MB

RAM

1 MB

Up to 256 KB

512 KB + 64 KB

Up to 256 KB

产品概览网络研讨会

蓝牙 LE SoCs 对比

nRF5340

nRF52840

nRF52833

nRF52832

nRF52820

nRF52811

nRF52810

nRF52805

CPU

128 MHz Arm Cortex-M33
+
64 MHz Arm Cortex-M33

64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU

64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU

64 MHz Arm Cortex-M4 with FPU

64 MHz Arm Cortex-M4

64 MHz Arm Cortex-M4

64 MHz Arm Cortex-M4

64 MHz Arm Cortex-M4

Flash

1 MB
+
256 KB

1 MB

512 KB

512/256 KB

256 KB

192 KB

192 KB

192 KB

RAM

512 KB
+
64 KB

256 KB

128 KB

64/32 KB

32 KB

24 KB

24 KB

24 KB

Arm TrustZone

Yes

Yes

Arm CryptoCell

312

310

Root-of-Trust

Yes

Yes

Secure key storage

Yes

High-Speed SPI

Yes

Yes

Yes

TWI/SPI/UART

4xTWI/SPI/UART +TWI/SPI/UART

2xTWI/SPI, SPI, 2xUART

2xTWI/SPI, SPI, 2xUART

2xTWI/SPI, SPI, UART

2xTWI/SPI, UART

TWI/SPI, SPI, UART

TWI, SPI, UART

TWI, SPI, UART

QSPI

Yes

Yes

USB

Yes

Yes

Yes

Yes

PWM, PDM, I2S

Yes

Yes

Yes

Yes

PWM, PDM

PWM, PDM

ADC, Comparator

Yes

Yes

Yes

Yes

COMP

ADC, COMP

ADC, COMP

ADC

Operating temperature

-40 to 105 °C

-40 to 85 °C

-40 to 105 °C

-40 to 85 °C

-40 to 105 °C

-40 to 85 °C

-40 to 85 °C

-40 to 85 °C

Supply voltage range

1.7 to 5.5 V

1.7 to 5.5 V

1.7 to 5.5 V

1.7 to 3.6 V

1.7 to 5.5 V

1.7 to 3.6 V

1.7 to 3.6 V

1.7 to 3.6 V

Packages

7x7 mm aQFN94
(48 GPIOs)

4.4x4.0 mm WLCSP95
(48 GPIOs)

7x7 mm aQFN73
(48 GPIOs)

3.5x3.6 mm WLCSP94
(48 GPIOs)

7x7 mm aQFN73
(42 GPIOs)

5x5 mm QFN40
(18 GPIOs)

3.2x3.2 mm WLCSP
(42 GPIOs)

6x6 mm QFN48
(32 GPIOs)

3.0x3.2 mm WLCSP50
(32 GPIOs)

5x5 mm QFN40 (18 GPIOs)

6x6 mm QFN48
(32 GPIOs)

5x5 mm QFN32
(17 GPIOs)

2.48x2.46 mm WLCSP33
(15 GPIOs)

6x6 mm QFN48
(32 GPIOs)

5x5 mm QFN32
(16 GPIOs)

2.48x2.46 mm WLCSP33
(15 GPIOs)

2.48x2.46 mm WLCSP28
(10 GPIOs)

开发硬件

单板开发套件

我们提供单板开发套件,包含在我们的SoC上开始开发所需的一切。这些套件使您可以使用SoC的所有功能和GPIOs,包括NFC。所有套件都有LED和按钮,使您能够获得输出和输入。所有套件都配备了机载SEGGER J-Link调试器,使SoC的编程和调试成为可能。

我们还提供nRF52840加密狗。它是nRF Connect for Desktop工具的补充硬件。它仍然支持低功耗蓝牙、蓝牙mesh、Thread和Zigbee。当进行大规模测试或尺寸很重要时,它可以是一种低成本的选择。请注意,它没有SEGGER J-Link调试器。我们建议购买合适的开发套件进行开发。

对于nRF52832和nRF5340 SoC,我们提供了易于使用的原型平台,f分别是Nordic Thingy:52和Thingy:53。它们被设计用来帮助构建原型和示例,而不需要构建硬件甚至编写固件。请注意,它没有SEGGER J-Link调试器。

我们还建议你看看Power Profiler Kit II (ppk2)。ppk2是一个工具,你可以使用它来衡量我们所有开发套件、原型平台和你自己的设计(从sub-uA到1a)的电流消耗。

开发软件

优秀的硬件需要优秀的软件

优秀的硬件需要优秀的软件。我们为 nRF53 和 nRF52 系列提供了 nRF Connect SDK,这是一个用于开发蓝牙低功耗应用的完整软件开发工具包。它集成了可扩展的 Zephyr 实时操作系统、功能丰富的蓝牙 LE 协议栈、各种示例、硬件驱动程序等。

我们已将软设备的底层移植到 nRF Connect SDK,并带来了软设备所特有的一流互操作性。这就是软设备控制器(SoftDevice Controller)。SoftDevice 控制器与 Zephyr 蓝牙主机相结合,形成了功能丰富的蓝牙 LE 协议栈。该协议栈兼容所有 nRF52 和 nRF53 系列 SoC,支持广播器、外设、观察器和中心角色。它是符合蓝牙 5.2 标准的协议栈,支持 2 Mbps、广告扩展、信道选择算法 #2 和长距离。它还支持隐私 1.2、LE 数据包长度扩展、可配置 ATT MTU、面向连接的 L2CAP 信道和 LE Secure Connections。

nRF5 SDK仍然可以与nRF52系列一起使用,但处于维护模式。对于所有新项目,我们推荐使用nRF Connect SDK

开发工具

激发所有开发人员的热情

当 Nordic Semiconductor 进入低功耗蓝牙领域时,我们有一些非常明确的目标。一个目标是成为市场领导者,另一个目标是使 Nordic 低功耗蓝牙 SoC 成为市场上最容易获得、最易于使用、支持最完善的设备。今天的初创企业可以成为物联网领域的下一个行业巨头。我们生产人人都能买得起的开发硬件。并辅以免费软件和开发工具。Nordic 希望能激发所有开发人员的热情。

以下是开发低功耗蓝牙产品时所有相关开发工具的完整概述。我们首先列出了所有桌面端的开发工具,然后是移动应用程序。

桌面端开发工具:

移动应用程序:

蓝牙信道探测(Bluetooth® Channel Sounding)

开启新的应用领域,并探索现有产品的增强可能性,具有可靠的近距离感知和测距功能,在短距离和较远距离均有效。

蓝牙信道探测 是低功耗蓝牙的一个即将到来的特性。它将通过内置的安全功能和无缝互操作实现准确和安全的距离测量。即将推出的nRF54系列将支持信道探测。

Nordic Distance Toolbox (NDT) 是一个替代的专有测距解决方案,基于证明良好的测量方法。nRF52和nRF53系列均支持NDT。

了解Channel Sounding

这种新的蓝牙功能利用各种测距技术和安全措施,可以在不增加产品复杂性或尺寸的情况下,实现两个设备之间安全而准确的距离测量。信道探测精度可满足智能门锁、家用电器、个人物品跟踪标签、工业高价值资产存在检测等应用需求。

  • 蓝牙规范定义了无线(PHY)的新特性、控制器的特性、安全措施以及收集原始数据所需的测量过程
  • 原始数据到结果距离的转换是在应用层使用专用算法进行的,这超出了蓝牙规范的范围
  • 可以调整测量和算法的配置,以平衡所需的精度、延迟、安全性和功耗
  • 测量前,需要对设备进行配对,建立加密的LE-ACL连接
  • 一些特定于范围的机制,包括随机化、针对符号篡改的防御和攻击检测,提供了测量的安全性
  • 相位测距(Phase-based ranging, PBR)和往返时间(round-trip time, RTT)是两种可能的测量方法,它们可以单独使用,也可以组合使用,以实现更精细的测距或更远距离的粗测距
  • 可以相互交叉检查PBR和RTT测量,以提高测量的置信度
  • 基本的硬件设置可以使用单个天线,为简单和紧凑的产品保持与标准低功耗蓝牙设备相同的设计
  • 对于具有更高精度和鲁棒性要求的产品,可以使用多天线的先进硬件设置
  • 与其他测距解决方案相比,信道探测是标准化的,并被纳入蓝牙认证计划
  • 在移动电话和广泛的蓝牙设备中采用信道探测,将使不同厂商的蓝牙产品的新用例具有许多可能性
  • 低功耗通过使用低功耗蓝牙无线电来保证,因为信道探测过程消耗的功率与常规数据传输相同

Channel Sounding用例

  • 升级标签

多年来,个人物品的标签对我们的生活有很大帮助,也改善了我们的生活。然而,在某些情况下,它们无法提供帮助,例如当钥匙或遥控器被深埋在沙发垫下时。解决用户离标签很近但仍然找不到标签的情况的常见方法是使用振动或声音。通过信道探测,这些情况可以通过基于距离测量的“冷热”指示来管理,甚至可以在垫下工作。

  • 智能锁

可靠的存在检测和对中间人攻击和中继攻击的强大保护是智能锁的关键要求。当然,这些特性也可以增强或启用其他应用程序。

  • 电器

存在或距离情境化可以显著改善用户体验。信道探测提供的物理上下文信息在涉及多个设备的场景中,以及在只有当用户靠近设备时才激活控制功能的安全特性中,特别有用。

  • 资产跟踪

作为专业环境中高价值资产跟踪和项目查找的理想选择,信道探测增强了这些用例的可靠性,而不增加设计的复杂性。

  • 有待探索

蓝牙的每一个主要功能,比如信道探测,都为全新的应用和产品带来了一系列可能性。

采用Channel Sounding

蓝牙信道探测的初步规范现在可以从蓝牙特别兴趣组(SIG)得到,最终的采用是市场高度期待的。

Nordic即将推出的nRF54系列将支持信道探测。我们的新产品nRF54H20nRF54L15分别来自nRF54H和nRF54L系列。

Nordic Distance Toolbox

channel sounding

Nordic Distance Toolbox 是一个专有的解决方案,作为一个信道探测的替代选择。它提供先进的距离测量和近距离感知能力,利用基于相位的测距(PBR)和往返时间(RTT)方法。附带的软件库包括一个算法,可以准确确定两个启用NDT的设备之间的距离,与仅基于接收信号强度指示器(RSSI)的解决方案相比,显著提高了准确性。这种提高的精度使以前仅靠RSSI无法实现的应用程序得以实现,在各个领域开辟了新的可能性。NDT支持nRF52和nRF53系列的特定SoC,使其成为开发人员的通用工具。

nRF Connect SDK中的示例演示了Nordic Distance Toolbox的功能: Bluetooth: nRF Distance Measurement with Bluetooth LE discovery

最新的蓝牙认证程序更新

蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)最新的认证程序参考文件(QPRD)v3 已于 2024 年 7 月 1 日生效。为支持新流程,Qualification Workspace(一个旨在促进和简化蓝牙认证流程的新工具)现已向蓝牙技术联盟的所有成员开放。如需了解改进后的流程和 Qualification Workspace 工具演示,请浏览 "新蓝牙认证流程和工具介绍"。

开发案例

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