蓝牙5.2与Silicon Labs家的 EFR32BG22 SoC

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2019年12月31日，Bluetooth SIG董事会正式批准新版本蓝牙核心规范(Bluetooth Core Specification)v5.2并于近日正式发布。新版本蓝牙核心规范针对低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)增加了三个新功能，在核心规范层面为下一代蓝牙音频的正式推出打下了基础。

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关于蓝牙5.2的相关技术特性可以参考bluetooth.com上的这篇文章：
https://www.bluetooth.com/wp-content/uploads/2020/01/Bluetooth_5.2_Feature_Overview.pdf
蓝牙5.2版本中新增的功能包括LE同步信道(LE Isochronous Channels), 增强版ATT(Enhanced ATT)以及LE功率控制(LE Power Control).
一、LE同步信道

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这是支撑下一代蓝牙音频的核心技术，之前版本的低功耗蓝牙仅支持面向连接的异步通信链路(ACL)及非连接模式的广播链路，前者应用于外围设备(例如手表)与中心设备(例如手机)间双向数据传输，后者应用于Beacon设备单向广播信息及Mesh网络中。为了实现基于LE的下一代蓝牙音频5.2版本中定义了LE同步信道(LE Isochronous Channels), 包括连接模式下的同步音频流(Connected Isochronous Stream)传输信道及广播模式下的同步音频流(Broadcast Isochronous Stream)传输信道。LE同步信道为实现下一代蓝牙音频的多声道音频流(Multi-Stream Audio)和基于广播音频流的共享音频(Audio Sharing)应用打下了基础。根据5.2版本核心规范一个同步组可以包括最多31个不同的同步音频流，在广播同步模式下可以实现通讯范围内无限多个音频接收端同时收听分享的音频流。
为了实现LE同步信道在低功耗蓝牙的控制器(Controller)中定义了一个新的通讯协议层 – 同步适配层 (ISOAL)。ISOAL用于实现同步数据(如数字音频流)的服务数据单元(SDU)与链路层(Link Layer)的协议数据单元(PDU)进行相互转换。基本原理是由于SDU的长度远大于PDU的长度因而在发送同步数据时需要将一个SDU分割并转换成多个PDU并调制射频信号进行传输，反过来在接收时需要将多个PDU重新组装转换成SDU并向上层传输。
二、增强版ATT

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蓝牙5.2版本中对的ATT协议进行了完善(Enhanced Attribute Protocol)，用于快速读取属性值，这一新增功能将提高基于ATT协议的信息沟通效率，实现快速服务发现(Fast Service Discovery)等功能。可以预见快速服务发现功能将在下一代蓝牙音频技术中得到应用，以实现音频设备间快速交换相关服务信息。

三、LE功率控制

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蓝牙5.2版本定义了低功耗蓝牙的双向功率控制协议(LE Power Control)，可用于实现多种应用场景，有助于在保持连接的情况下进一步降低功耗并提高设备连接的稳定性和可靠性。
依托蓝牙5.2的新特性，芯科实验室（Silicon Labs）推出了基于Bluetooth 5.2 的SoC — EFR32BG22 (BG22)，其亮点是采用纽扣电池供电工作可达十年
根据蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）的预测，到2023年蓝牙设备的年度总出货量将增长26％（从2019年的40亿个增加到54亿个），并且90％的蓝牙设备都支持Bluetooth Low Energy。安全连接和极低功耗将是这些物联网设备的基本要求。Silicon Labs设计了BG22 SoC以满足这些要求，以及应对未来几年中不断增加的数十亿个蓝牙物联网设备。
BG22系列结合了同类最佳的超低发射和接收电流（发射功率为0 dBm时3.6 mA；接收2.6 mA）和高性能、低功耗M33内核（工作电流27 μA / MHz；休眠电流1.2 μA），提供行业领先的能效，可将纽扣电池的寿命延长至十年。目标应用包括蓝牙Mesh低功耗节点、智能门锁、个人医疗保健和健身设备。SoC的蓝牙到达角（AoA）和离开角（AoD）功能以及1米以内定位精度也使得资产跟踪标签、信标和室内导航等应用将从中受益。?

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BG22系列新产品组合提供了三种蓝牙SoC产品供选择，这些产品旨在满足智能家居、消费类、商业和工业物联网应用（包括那些需要多年电池使用寿命的应用）对价格/性能的各种要求。?
?? EFR32BG22C112 SoC适用于大批量、成本敏感的应用，支持1 Mbps和2 Mbps蓝牙PHY传输、38.4 MHz Arm Cortex-M33内核、18个GPIO和352 KB闪存、0 dBm发射功率和行业领先的-99 dBm接收灵敏度（1M PHY）。
??? EFR32BG22C222 SoC适用于需要更多计算能力（具有76.8 MHz M33内核）、更多I/O（26个GPIO）和更高发射功率（+6 dBm）的应用。??
? EFR32BG22C224 SoC提供IQ采样能力，适用于测向应用，并支持125 KB和500 KB Bluetooth Low Energy Coded PHY，可将接收灵敏度提高至-106 dBm。该SoC也将工作温度提高到+125C，并将闪存扩展到512 KB，以支持需要测向功能或低功耗蓝牙Mesh节点的应用。
EFR32BG22系列SoC的主要特性如下:
? MCU – Arm Cortex-M33 @ 76.8 MHz with DSP and FPU
? System Memory – Up to 32 kB RAM data memory
? Storage – Up to 512 kB flash program memory
无线性能
? 2.4 GHz radio operation
? Protocol Support
– Bluetooth 5.2 Low Energy
– Optional direction finding using Angle-of-Arrival (AoA) and Angle-of-Departure (AoD)
– Bluetooth Mesh
– 2.4 GHz Proprietary
? Radio Performance
? Sensitivity
-98.9 dBm @ 1 Mbit/s GFSK
-96.2 dBm @ 2 Mbit/s GFSK
-106.7 dBm @ 125 kbps GFSK
? TX power up to 6 dBm
? Current – 2.6 mA Rx; 3.5 mA Tx @ 0 dBm; 7.8 mA Tx @ 6 dBm
外设
? 12-bit 1 Msps SAR ADC
? Up to 26x GPIO pins with output state retention and asynchronous interrupts
? 8-channel DMA Controller
? 12-channel Peripheral Reflex System (PRS)
? 4x 16-bit Timer/Counter with 3 Compare/Capture/PWM channels
? 1x 32-bit Timer/Counter with 3 Compare/Capture/PWM channels
? 32-bit Real Time Counter
? 24-bit Low Energy Timer for waveform generation
? 1x Watchdog Timer
? 2x USART (UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S)
? 1x Enhanced UART (EUART)
? 2x I2C interface with SMBus support
? Digital microphone interface (PDM)
? Precision Low-Frequency RC Oscillator enabling single-crystal operation
? RFSENSE with selective OOK mode
? Die temperature sensor with +/-2 degree C accuracy
安全特性
? Secure Boot with Root of Trust and Secure Loader (RTSL)
? Hardware Cryptographic Acceleration for AES128/256,SHA-1, SHA-2 (up to 256-bit), ECC (up to 256-bit), ECDSA, and ECDH
? True Random Number Generator (TRNG) compliant with NIST SP800-90 and AIS-31
? ARM TrustZone
? Secure Debug with lock/unlock
电源及功耗
? Supply Voltage – 1.71 V to 3.8 V single power supply
? 3.6 mA Rx current (1 Mbps GFSK)
? 4.1 mA Tx current @ 0 dBm
? 8.2 mA Tx current @ 6 dBm
? 27 μA/MHz in Active Mode (EM0) at 76.8 MHz
? 26 μA/MHz in Active Mode (EM0) at 38.4 MHz
? 1.40 μA EM2 DeepSleep current (32 kB RAM retention and RTC running from LFXO)
? 1.75 μA EM2 DeepSleep current (32 kB RAM retention and RTC running from Precision LFRCO)
? 1.05 μA EM3 DeepSleep current (8 kB RAM retention and RTC running from ULFRCO)
温度范围
? -40 °C to 125 °C
封装
? QFN40 – 5 x 5 x 0.85 mm
? QFN32 – 4 x 4 x 0.85 mm
? TQFN32 – 4 x 4 x 0.30 mm
价格与供货
?EFR32BG22 SoC 计划于3月份发布。EFR32BG22 SoC的定价策略支持实现具有成本效益的蓝牙5.2应用，批量价格低至0.52美元。EFR32BG22 SoC入门开发套件和Thunderboard EFR32BG22评估套件也计划于3月上市，套件零售价为19.99美元起。开发人员可以在silabs.com/simplicity-studio页面免费下载Simplicity Studio集成开发环境，其中集成了网络分析仪和能耗分析器工具、蓝牙协议栈、演示示例和移动应用程序等。

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