蓝牙相关知识介绍

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1.蓝牙的概念

蓝牙(Bluetooth)技术是一种无线通信的方式,利用特定的频率的波段(2.4GHz~2.4835GHz),进行电磁波传输。蓝牙传输原理是主从关系,一个主设备可以与7个从设备配对。

蓝牙相关知识介绍

2.蓝牙信道介绍

蓝牙(Bluetooth)工作在2.4G的ISM(Industrial, Science and Medicine)频段,具体为2400-2483.5MHz,信道带宽1MHz,有79个信道。第一个信道从2.402开始;信道频率为2402+K,K取0-78,共79个信道。大家可以发现在频段前面和后面均有一段的保护带宽,分别为2.4~2.4019G和2.481~2.4835M。
     

不同国家的信道
     地区                                            频率范围                   射频通道

美国、欧洲和世界其他地区        2.4至2.4835 GHz          f=2.402+n,MHz(n=0至78)

日本                                         2.471至2.497 GHz           f=2.473+n,MHz(n=0至22)

西班牙                                     2.445至2.475 GHz            f=2.449+n,MHz(n=0至22)

法国                                         2.4465至2.4835 GHz       f=2.454+n,MHz (n=0至22)

3.蓝牙功率介绍

蓝牙功率分3个级别:
      功率等级                 功率限制                    覆盖距离
     Class 1:            0dBm~20dBm;               100米
     Class2:            -6dBm~4dBm;                  10米
     Class3:               小于0dBm;                       1米
     我们常见的就是Class2,功率一般在0dBm附近。不过不是标准值,功率在Class1-2之间。

4.蓝牙发射模式

 vco 发射模式。让蓝牙在某个固定频点发射无调制的射频信号。
 continues 模式。让蓝牙在某个固定频点持续发射调制信号。
 burst 模式,让蓝牙在某个频点或者跳频发射相应的包类型的调制信号。

5.蓝牙发射的包类型

经典蓝牙发射包类型:
DH1、DH3、DH5、2DH1、2DH3、2DH5、3DH1、3DH3、3DH5。
按调制方式分类:
DH1、DH3、DH5        属于 BDR 的包类型,调制方式为 GFSK;  2DH1、2DH3、2DH5  属于 EDR 的包类型,调制方式为π /4-DQPSK;  3DH1、3DH3、3DH5  属于 EDR 的包类型,调制方式为 8DPSK。

BLE蓝牙发射包类型:一般是BLE_1M、 BLE_2M:
在做BQB认证时当做经典蓝牙定频测试时应该选择:DH1、DH3、DH5、2DH1、2DH3、2DH5、3DH1、3DH3、3DH5。
做BLE认证时定频测试应该选择: BLE_1M、 BLE_2M;


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6.蓝牙版本

蓝牙版本             发布时间        最大传输速度

蓝牙1.0                 1998             723.1Kbps
蓝牙1.1                 2002              810Kbps
蓝牙1.2                 2003               1Mbps
蓝牙2.0+EDR        2004               2.1Mbps
蓝牙2.1+EDR        2007               3Mbps
蓝牙3.0+HS          2009               24Mbps
蓝牙4.0                 2010               24Mbps
蓝牙4.1                 2013               24Mbps
蓝牙4.2                 2014               24Mbps
蓝牙5.0                 2016               48Mbps
蓝牙5.1                 2019               48Mbps
蓝牙5.2                 2020                48Mbps

7.蓝牙传输原理

主设蓝牙备通过每秒发送100万次波长约为121~124mm的电磁波,121mm定义为1;124定义为0;以此来传达这些二进制的代码,我们手机会以每秒100万次的速度在蓝牙从设备(蓝牙耳机/音响)和自身来回切换,从而达到信息的传达。为了在复杂的环境中可以稳定高速传输,将蓝牙电磁波分为79个不同信道,在任何时间段我们的蓝牙主设备都能和从设备经行无线通信,而连接的频道就是这79个频道之一。如果在同一空间存在多个手机和耳机/音响,而且他们同时使用相同的频道,那么我们的设备是怎么做到只接收连接手机的发送的二进制信息呢?不会串台吗?为了避免这个问题,这一长串的二进制信息会打包一个数据包,在每个数据包里,前72位是同步手机和耳机的访问代码,这样就可以避免串台的发生。在这72位之后是54位信息,这些是提供正在发送信息的详细情况,成为标头;最后还有500位,表示发送信息的真实内容;在手机和蓝牙耳机/音响通信时他们不会只停留在一个频道上,而是在这79个频道上高速的切换,这种切换叫做跳频,扩频,切换速度在每秒1600次;每次跳频后,前面发送的二进制信息都会在手机和耳机/音响直接发送;如果所在的频道干扰很大,则会自动跳到其他频道,直到干扰消失;

1,前72位:代表同步手机和耳机访问代码:可以理解成发快递的地址;

2,中间54位:代表提供发送信息的详情,可以理解成快递的尺寸和颜色等消息

3,后500位:代表发送信息的具体内容,如一首歌,一张图片等;

8.蓝牙指标参数

无线传输的规格

1、sbc是通用的最基本的解码方式,蓝牙耳机都支持,支持44khz/16bit的音频,最高码率328kbps,延时>220ms,所以音质一般。
2、aac是苹果产品通用的解码方式,跟sbc差不多, 支持44khz/16bit的音频,最高码率512kbps,延时约120ms,音质略好于sbc。
3、aptx 支持48khz/16bit的音频,最高码率352kbps,延时约70ms,音质好于sbc,但相比sbc提升并不大。 4、aptx hd是aptx的加强高码率版, 支持48khz/24bit的音频,最高码率576kbps,延时>200ms。
5、aptx_LL是aptx的低延时版, 支持48khz/16bit的音频,最高码率352kbps,延时<40ms, 音质和aptx差不多。
6、ldac是真正的高音质解码,索尼出品, 支持96khz/24bit的音频,最高码率达990kbps,号称是无损解码。
7、lhac或HWA,已升级为L2HC。也是无损解码,华为主推, 支持96khz/24bit的音频,最高码率900kbps,可以媲美ldac,但目前支持的设备比较少,主要是华为手机支持。 AirPods虽然走的是AAC,但是他采用了一种类似双通道的模式,提高了50%的利用率,实际效果基本和大部分aptX耳机一致。

天线类型

PCB天线:成本极低,调试简单,频段单一。 陶瓷天线:可以分为块状陶瓷天线和片状陶瓷天线,特点是尺寸小,成本低、性能较好。 FPC:成本低,性能好,调试复杂,比较常见的一种天线。 LDS:算是FPC的进化版,成本高,空间利用率高,效果好,一般不少400元价位TWS耳机才会使用了LDS天线。

9.天线的RF参数

1.输出功率:以传导方式测试蓝牙输出功率,耳机/音响输出功率一般在6dBm左右,根据不同芯片输出的功率有所不一样,但是差别不大;


2.灵敏度:以传导方式测试蓝牙灵敏度,一般RF调试比较好的灵敏度一般在 -90dBm左右;


3.天线效率:测试天线效率装好整机,无源模式在暗室进行测试,一般天线效率50%是不错的效果了;


4.OTA数据:理论值OTA的TRP(dBm)和TIS(dBm)和传导方式测试出来的功率和灵敏度是一致的,他们越接近效果越好;

5.驻波比:全称为电压驻波比,又名VSWR和SWR,为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。指传输线波腹电压与波谷电压幅度之比, 又称为驻波系数、 驻波比。驻波比等于1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。

6.回波损耗(Return Loss):
回波损耗是反射波与⼊射波功率之⽐值(Return Loss=-10lg [(反射功率)/(⼊射功率)]),这个比值的绝对值越大天线效果越好。阻抗匹配的⽬标⼀般是把回波损耗绝对值控制在大于10dB以上,当回波损耗等于10dB时候,意味着有90%的⼊射功率被加载到负载,只有10%的⼊射功率被反射;例如反射功率10%,和反射功率1%,分别带入公式中,可以得出其绝对值分别为10dB和20dB;决定值越高反射功率越小,回波损耗越小,天线效果也越好;

7.史密斯图(Smith chart)
史密斯图(Smith chart)是一款用于电子工程的图表,主要用于传输线的阻抗匹配上。一条传输线的阻抗会随其物理长度而改变,要设计一套阻抗匹配的电路,需要通过不少繁复的计算程序,史密斯图的特点便是省去一些计算程序。蓝牙天线的天线阻抗匹配为50Ω,所以我们需要将其调整到接近50Ω;例如下图三个点分别为蓝牙的中高低频段,当三个点接近中心点时就说明天线阻抗接近50Ω;文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-508421.html

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