在通過與智能手機和平板終端的結合來提高利便性的應用（例如鍾表、健身/保健器材等）中
，Bluetooth® LE（Low Energy）正zheng得de到dao迅xun速su普pu及ji。在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong，紐niu扣kou電dian池chi驅qu動dong的de設she備bei居ju多duo，為wei了le實shi現xian更geng長chang的de電dian池chi壽shou命ming與yu更geng高gao的de性xing能neng，對dui於yu低di功gong耗hao化hua的de要yao求qiu日ri益yi強qiang勁jin。不bu僅jin如ru此ci，由you於yu毫hao無wu無wu線xian體ti驗yan經jing驗yan的de用yong戶hu也ye可ke通tong過guo身shen邊bian的de智zhi能neng手shou機ji等deng連lian接jieBluetooth® LE，因此，Bluetooth® LE在眾多產品中的應用趨勢已勢不可擋。另一方麵，要想利用以Bluetooth® LE為wei首shou的de無wu線xian係xi統tong
，必bi須xu在zai特te定ding的de實shi驗yan機ji構gou進jin行xing合he標biao確que認ren
，並bing獲huo得de各ge國guo規gui定ding的de無wu線xian電dian認ren證zheng。因yin此ci

，在zai研yan究jiu從cong零ling開kai始shi構gou建jian係xi統tong時shi

，需xu要yao充chong分fen的de無wu線xian及ji協xie議yi相xiang關guan知zhi識shi，否fou則ze，極ji有you可ke能neng在zai產chan品pin即ji將jiang推tui向xiang市shi場chang之zhi前qian遇yu阻zu停ting滯zhi。

在這種情況下，ROHM（羅姆）旗下LAPIS Semiconductor開發出支持Bluetooth® LE的、實現業界頂級低耗電量（發送數據時9.8mA，接收數據時8.9mA
，2秒間歇工作時的平均電流8μA）的LSI(ML7105-00x)。另外，取得耗時耗力的Bluetooth SIG認證和國內外無線電認證後向客戶供貨的模塊也在開發中。

在此，針對本LSI和模塊以及構建係統所需的示例軟件
、配置文件進行介紹說明。

 

首先，針對Bluetooth® LE LSI(ML7105-00x)的內部結構進行說明。（圖1）

圖1：Bluetooth® LE LSI（ML7105-00x）的內部結構

 

本LSI搭載的電路塊由無線單元（RF）、調製解調器單元（MODEM）、Bluetooth® LE控製器單元
、低功耗邏輯單元
、電源單元（Main Reg. / Low Power Reg.）、振蕩電路單元(26MHz/32kHz)

、主機接口單元（UART
、I2C
、SPI、GPIO）構成。各單元的主要功能分別是：無線單元提供2.4GHz數據發送電路和數據接收電路，發送係統通過D/A轉換器將調製解調器單元（調製器）輸入的調製信號轉換為模擬信號，再通過本地PLL與2.4GHz頻(pin)段(duan)的(de)信(xin)號(hao)疊(die)加(jia)。然(ran)後(hou)
，通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)放(fang)大(da)到(dao)足(zu)夠(gou)的(de)功(gong)率(lv)作(zuo)為(wei)電(dian)波(bo)由(you)天(tian)線(xian)發(fa)射(she)。接(jie)收(shou)係(xi)統(tong)輸(shu)入(ru)由(you)天(tian)線(xian)捕(bu)捉(zhuo)到(dao)的(de)各(ge)種(zhong)強(qiang)度(du)的(de)接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)

，由(you)低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)器(qi)放(fang)大(da)微(wei)小(xiao)信(xin)號(hao)。後(hou)麵(mian)的(de)混(hun)頻(pin)器(qi)將(jiang)2.4GHz頻段的頻率轉換為幾MHz左右的中間頻率
，輸入到帶通濾波器，僅選擇所需信道的信號。接著，由限幅器將信號放大，傳輸給調製解調器單元（解調器）。這些無線單元的特點是，采用PLL直接調製方式，對各電路塊整體進行優化，從而實現更低峰值電流（10mA以下）。

然後

，在控製器單元進行Bluetooth® LE數據包的編碼、解碼處理，由鏈路處理單元(LL)與協議棧（GATT/ATT/SMP/GAP/L2CAP）faxianshebeibingyufaxiandeshebeilianjiebingtigongshuangxiangtongxin。lingwai，tongguoyudigonghaoluojidanyuandeliandong，xinkaifalezaidianyuanguanduanshigengjiashengdiandeyizhixieloudianliudedianlu；同時
，還優化了Bluetooth® LE的(de)協(xie)議(yi)處(chu)理(li)固(gu)件(jian)，縮(suo)短(duan)了(le)數(shu)據(ju)包(bao)收(shou)發(fa)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)，使(shi)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)耗(hao)電(dian)量(liang)更(geng)低(di)。然(ran)後(hou)，電(dian)源(yuan)單(dan)元(yuan)內(nei)置(zhi)主(zhu)穩(wen)壓(ya)器(qi)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)穩(wen)壓(ya)器(qi)，在(zai)非(fei)通(tong)信(xin)時(shi)僅(jin)通(tong)過(guo)功(gong)耗(hao)更(geng)低(di)的(de)低(di)功(gong)耗(hao)穩(wen)壓(ya)器(qi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)。通(tong)過(guo)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)，實(shi)現(xian)了(le)整(zheng)體(ti)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)最(zui)小(xiao)化(hua)。振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)單(dan)元(yuan)內(nei)置(zhi)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)用(yong)的(de)26MHz和低功耗工作用的32kHz。特別是主要工作用26MHz振蕩電路是按Bluetooth® LEdelianjiejiangezhouqimeicitingdongde，yinci，tongguotiaozheng

，shicongtingdongzhuangtaidaoqidongzhijiandeshijianzuiduanhua
，congerjianshaoledaijidianliu。zuihou
，zhujijiekoudanyuanpeibeileBluetooth® LE標準化的HCI（UART）和LAPIS Semiconductor獨有的BACI（SPI）。HCI主要與PC連接，可用於無線認證試驗。BACI與安裝了Bluetooth® LE配置文件和應用程序的主機微控製器連接，提供Bluetooth® LE服務。

BACI通tong過guo簡jian化hua與yu主zhu機ji之zhi間jian的de通tong信xin來lai降jiang低di訪fang問wen頻pin率lv。而er且qie，在zai結jie構gou設she計ji上shang采cai用yong通tong過guo事shi件jian使shi主zhu機ji啟qi動dong的de結jie構gou，因yin此ci，是shi盡jin可ke能neng使shi主zhu機ji停ting動dong來lai抑yi製zhi耗hao電dian量liang的de設she計ji。綜zong上shang所suo述shu
，本benLSI在整個結構模塊上進行了降低耗電量的設計，從而，使紐扣電池驅動3年以上連續工作成為可能。主機和堆棧結構如圖2所示。

 

 

圖2：主機和Bluetooth® LE控製器堆棧結構

 

接下來
，針對Bluetooth® LE模塊的結構進行說明。（圖3）

 

 

圖3：Bluetooth® LE模塊的外形照片和結構

 

本模塊在Bluetooth® LE LSI （ML7105-00x）之外還內置有Pattern ANT、RF匹配電路
、EEPROM、OSC。LAPIS Semiconductor出貨時將通過Pattern ANT及RF匹配電路調整RF性能，因此，用戶無需調整即可安裝於商品中。EEPROM可存儲主要含有RF調整值、通信模式、設備地址的配置參數，並可存儲用戶自己的參數。OSC由主時鍾的26MHz晶體振蕩器和調整電路構成
，已調整為Bluetooth® LE所要求的頻率精度。

該產品為將多數元器件一體化封裝的SiP（System in Package）構造
，因此，可與LSI同等處理。另外，產品將通過Bluetooth SIG認證的組件測試(RF、PHY
、LL、4.0HCI、L2CAP、GAP
、SMP
、GATT/ATT)獲得QDID後作為模塊提供給客戶，因此，作為最終產品注冊時，隻需嵌入用戶準備的配置文件即可輕鬆登記到Bluetooth SIG官網的產品一覽中。還有，要想進行注冊工作，需要事先向Bluetooth SIG成員（創始成員、加盟成員
、應用成員）登記。另外，該產品計劃在獲得日本國內外無線電認證後進行供貨，因此，可直接在日本國內以及獲得認證的海外地區操作Bluetooth® LE（輸出電波），客戶可在短時間內快速導入到商品中。

為了提高LAPIS Semiconductor的Bluetooth® LE產品的導入速度與開發速度，公司準備了評估套件和示例軟件。評估套件（圖4）包含USB加密狗和無線傳感器節點，可通過PC操作Bluetooth® LE通信（各種傳感器數據接收、LED ON/OFF控製）。

 

 

圖4：Bluetooth® LE開發評估套件

示例軟件（圖5）包含可安裝於主機微控製器的獨有配置文件VSSPP（Vendor Specific Serial Port Profile）/VSP(Vendor Specification Profile)，使用這些軟件，可通過基於UART的終端通信輕鬆確認P2P（對等計算，PEER-TO-PEER）的Bluetooth® LE通信控製。

此外，LAPIS Semiconductor還開設了技術支持網站。

（URL: https://www.lapis-semi.com/cgi-bin/MyLAPIS/regi/login.cgi）

 

該網站提供相關的數據表、用戶手冊、設計指南、評估套件用戶手冊等
，為用戶的開發提供支持。

 

 

圖5：示例軟件的結構

 

連接時已實施配對
，限製其後的連接設備，實現加密數據通信。另外

，可作為點對點的Bluetooth® LE設備與智能手機通信，使用專用的智能手機應用程序
，可確認獨有配置文件的服務。

 

為使用Bluetooth® LE正確通信，與主終端與從終端相同，需要安裝一樣配置文件。配置文件為層次結構，內部有定義幾個服務及其屬性（read/write等）的特征值。例如，在Heart Rate Profile中有Heart Rate Service和Device　Information Service等。LAPIS Semiconductor相繼開發了標準配置文件，所有的配置文件都是與第三方聯合開發的
，預計均可供貨，並有望支持向用戶平台的移植。

 

今後，Bluetooth® LE的應用範圍有望進一步擴大，對更低耗電量、更加小型
、係統開發更容易的需求日益強勁。因此，繼當前的ML7105係列之後
，LAPIS Semiconductor正在開發後續係列。根據計劃
，後續係列不僅耗電量進一步降低，而且，為滿足小型化需求，采用超小型薄型封裝的WL-CSP（Wafer Level Chip Size Package），產品陣容將更加豐富。另外，為了比以往更容易導入Bluetooth® LE，在目前開發中的模塊基礎上，LAPIS Semiconductor還計劃開發內置主機微控製器和ROHM集團開發的各種傳感器的SiP模塊。

LAPIS Semiconductor同時還在探討滿足進一步高性能化（高速傳輸、樹連接等）的需求，結合最新的Bluetooth® LE Core Spec4.1標準，公司今後將一如既往地為客戶提供一站式解決方案。