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2023.03.29 - 04.01

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蓝牙芯片国内 VS 国外

物联网市场增量空间巨大,且对功耗和组网能力要求愈加严格,低功耗蓝牙将是局域物联网重要玩家。低功耗蓝牙以其成本低、功耗低、Mesh组网能连接上千个节点的优势,无论是在单个设备还是系统构建上,都有用武之地,因此低功耗蓝牙是局域物联网应用场景不可或缺的玩家。



1、国外厂商抢占高端BLE市场先机,国内厂商也开始逐步布局低功耗蓝牙


1.1 BLE领域尚未完全形成寡头垄断格局,国外厂商布局较早,占据主要市场份额


全球低功耗蓝牙企业呈现充分竞争的格局,国外厂商布局较早,市占相对较大。自2010年低功耗蓝牙引入以来,国外厂商引领低功耗蓝牙建设,到目前为止,全球主要低功耗蓝牙厂商有Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Siliconlab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。除泰凌微外,其他厂商多来自欧美和日本,占据高端BLE芯片市场,其中挪威的Nordic以40%左右的市占率成为BLE领域的龙头,国内在这个领域市占率较高的厂商只有泰凌微一家,目前产品在照明领域应用较多,其他厂商多是蓝牙领域的低端同质产品



Dialog是仅次于Nordic的第二大低功耗蓝牙芯片公司,截至2018年,低功耗蓝牙芯片出货量超过2亿颗。2018年Dialog低功耗蓝牙业务收入约0.52亿美元,年增长率21%,市占率约11%。公司从2013年开始研发低功耗蓝牙,2015年第一代低功耗蓝牙出货,逐渐形成完整的产品组合,2016年第二代低功耗蓝牙出货,并在2017年升级到蓝牙5.0。其产品主要应用在可穿戴设备和智能家居上。


可见,国外占据一定市场份额的公司在低功耗蓝牙研发上起步较早,与下游客户联系紧密,为最近几年低功耗蓝牙应用场景的爆发做了充足的铺垫。尽管低功耗蓝牙以国外厂商为主,但在全球市场上并未形成少数厂商垄断的局面。


1.2 国产高端低功耗蓝牙逐渐起步,进口替代成为确定趋势


低功耗蓝牙作为物联网重要无线连接技术,使用场景越来越丰富,国内厂商也在加速布局,除去传统蓝牙企业积极转型或拓展新板块,低功耗蓝牙创业公司也如雨后春笋般萌发。尽管国外低功耗蓝牙芯片发展较早占据优势,但国外产品普遍价格昂贵,且面临着继续开发难度大、国内本土化服务不足等劣势,为国内企业进入低功耗蓝牙领域创造了机会。



国内传统蓝牙厂商出货的BLE的普遍集中在低端BLE上,版本在4.2及以下,近两年才开始转型布局BLE5.0,但主要还是应用在蓝牙音频上的双模低功耗蓝牙芯片,少数厂商开发具有蓝牙mesh和室内定位等功能的单模蓝牙透传芯片。台湾络达、瑞昱成立时间较早,主要生产蓝牙音频芯片,在2016年以后才陆续研发高端BLE,近两年有部分BLE5.0产品出货,但量还不算大。其余公司例如恒玄、珠海杰理、炬芯、博通集成等,近年来都陆续转向高端低功耗双模蓝牙产品研发。例如,2019年4月上市的公司博通集成,上市筹资主要用于研发BLE5.0和5.1芯片。



国内早期切入BLE芯片市场的厂商只有泰凌微一家,但近几年以BLE作为创业方向的公司越来越多。泰凌微于2010年成立,是我国第一家真正意义上的低功耗蓝牙,2014年第一代低功耗蓝牙芯片实现量产,2016年多模低功耗蓝牙芯片诞生。产品主要应用于物联网中智能照明和可穿戴设备,它是国内出货量最大的低功耗蓝牙厂商,全球占比接近8%。其他低功耗蓝牙创业公司比如富瑞坤、巨微、奉加微、联睿微、桃芯科技等也正在起步,并结合中国企业的需求,开发本土化程度更高的低功耗蓝牙芯片。


芯片设计产业转移大势所趋,多重驱动使得国内低功耗蓝牙厂商实现进口替代确定性高。随着中国对集成电路产业政策支持发力,以及为了抵御中美贸易摩擦带来IC供应链风险等外部因素;还有国内物联网发展带来蓝牙终端市场巨大需求刺激,以及国内芯片设计优秀人才变多等内部因素;蓝牙厂商逐渐向内地转移,高端低功耗蓝牙作为一个好赛道,国产替代是一个必然。


2、蓝牙芯片厂商以产品功耗、成本和稳定性作为公司的核心竞争力


2.1 低功耗是BLE设计重要要求


无线连接设备对功耗要求高,平衡BLE性能和功耗十分关键。在可穿戴设备、蓝牙位置服务、智能家居、工业物联网等蓝牙新兴应用方向中,这些设备不需要时刻保持运行,只需在被唤醒时,进行数据传输或执行控制,而且每次传输的数据量不大。出于体积限制和无线连接的要求,要设备保持长久运行就需要功耗极低,这就对BLE芯片的功耗提出了要求。



低功耗蓝牙芯片功耗主要来源为动态运行功耗和静态睡眠功耗。而这些功耗是受设备激活时间、休眠时间、激活和休眠之间转换频率、执行通信协议和应用程序的效率、供电电压、工作温度等因素影响。图24反映了连接事件和连接间隔对功耗的影响,当设备激活运行时,功耗较高,处在休眠状态时,功耗较低;当连接间隔越长时,通信频率下降,传输时间变长,而功耗也变低了。另外,图25表示从设备(slave)对主设备(master)发出的连接事件响应的时间也对功耗有影响。从设备只在有数据的时候才传输,在没有数据要传输的情形下不需要对主设备进行响应,功耗也会降低。




BLE功耗的降低,主要是通过芯片设计和系统设计实现。在设计之初,通过合理地划分软硬件,得到比较合理的低功耗系统方案。在此基础上进行设计,芯片设计上需要考虑防异常功耗设计、功耗管理设计、电源管理设计、微功耗值守电路设计等;具体而言是要减少射频、电源管理和系统控制的功耗。系统设计方面需要外围软件开发适应硬件,优化软件代码以减少运算复杂性,采用低功耗的程序设计以及有效的外围功耗管理设计,从而达到产品功耗和性能的最佳平衡。



2.2 无线连接稳定性是低功耗蓝牙产品力的体现


BLE连接稳定性直接影响用户体验,是决定产品市场开拓广度和深度的重要因素。外界环境无线干扰很多,给BLE连接带来问题,比如设备无法连接、连接异常断开、反复断开重连、复位从机连接的情况。蓝牙芯片要良好抵御外部干扰,厂商的芯片设计是保证稳定性的首要环节。特别是对模拟信号采集、模数转换、射频端的电路设计,决定了产品稳定性。



从信号链角度出发,蓝牙芯片要传输传感器收集的数据,需要经过基带和射频来实现。基带部分处理数字信号,进行信道编码、脉冲成形和调制解调等,射频端则通过功放、滤波器、天线等发送信号。而在这些过程中,蓝牙芯片需要区分并处理其他蓝牙设备产生的信号或其他无线技术产生的无关信号,以保证数据完整且高质量的传输,这也是蓝牙芯片稳定性的体现。BLE芯片稳定性很大程度上体现了产品性能,这要求公司经验丰富的模拟芯片工程师对芯片架构做合理设计,使蓝牙传输信号保持稳定,优化蓝牙性能。


2.3 成本是低功耗蓝牙厂商进入市场的关键因素


BLE厂商能否成功切入市场,不仅需要产品性能好,还要售价合理;而公司自身也需保有较高毛利率来维持运转。这两个因素都要求公司的产品成本要低,而芯片成本主要包括芯片设计成本和芯片硬件成本。


BLE芯片设计成本包括研发费用、EDA开发具、IP授权等费用。这部分费用不同公司差异较大,而蓝牙IP授权费用占芯片设计成本的很大一部分。低功耗蓝牙芯片使用的CPU核主要来自ARM ,蓝牙通讯协议多采用CEVA公司,这些费用都不算便宜。



2.4 蓝牙芯片硬件成本包括芯片制造、封装测试阶段的费用。制造成本占比最大,主要包括晶圆成本和掩膜成本,这些成本与采用的制造工艺和芯片设计能力直接相关。采用越先进工艺,一片wafer能够切割的die就越多,面积越小,单颗芯片成本越低;但是wafer本身的成本与芯片设计复杂度相相关,设计越复杂,掩膜成本就越高,芯片制造成本越高。相比之下,芯片封测成本占比较小,占比在硬件成本30%以下。硬件成本控制主要体现芯片公司议价能力,且议价能力的提升是主要靠规模提升实现的。一般来说,芯片产量大的企业规模效应更明显,平均成本也会降低。


蓝牙作为一种短距离无线通信技术,目前已经得到广泛的应用,如智能家居、医疗设备、无线监控、汽车电子等等。由于蓝牙技术已十分成熟且价格很低,目前市场上有很多不同尺寸、类型的蓝牙模块可供选择,那么如何选购适合自己产品的蓝牙模块呢?为了帮助大家节省挑选产品的时间,推荐三款在我爱方案网热销的蓝牙模块:


方案一低功耗蓝牙模块RF-BM 4044B2

主控芯片:TI 公司 CC2640R2F 芯片

突出优势:低功耗、传输距离远、抗干扰能力强等

特点:含有一个32 位 ARM Cortex-M3 处理器,与主处理器工作频率同为48MHz,具有丰富的外设功能集,包括一个独特的超低功耗传感器控制器,适用于在系统处于休眠模式时连接外部传感器和/或自主采集模拟和数字数据。Bluetooth 低能耗控制器嵌入在 ROM 中,并在 ARM Cortex-M0 处理器上单独运行,此架构可改善整体系统性能和功耗,并释放闪存以供应用。软件开发可参考基于 TI 提供的标准 BLE 协议栈,LIB 底层库以及 API 调用接口。源码级 profile,APP Demo 等资料可有效缩短开发投入时间。

应用:短距离无线通信领域,可用于开发基于BLE 5的消费类电子产品,工业类产品,手机外设产品。


方案二蓝牙模块RF-BM 4044B4




主控芯片:TI 公司 CC2640R2F 芯片

突出优势:尺寸小,为8mm*8mm

特点:该模块可用于开发基于BLE 5,低功耗蓝牙的消费类电子产品,手机外设产品等,为客户产品与智能移动设备通讯提供快速的 BLE 解决方案。软件开发可参考基于 TI 提供的标准 BLE 协议栈,LIB 底层库以及 API 调用接口。源码级 profile,APP Demo 等资料可有效缩短开发投入时间。系列模块含有一个 32 位 ARM Cortex-M3 处理器,与主处理器工作频率同为 48MHz,具有丰富的外设功能集,包括一个独特的超低功耗传感器控制器,适用于在系统处于休眠模式时连接外部传感器和/或自主采集模拟和数字数据。Bluetooth 低能耗控制器嵌入在 ROM 中,并在 ARM Cortex-M0 处理器上单独运行,此架构可改善整体系统性能和功耗,并释放闪存以供应用。软件开发可参考基于 TI 提供的标准 BLE 协议栈,LIB 底层库以及 API 调用接口。源码级 profile,APP Demo 等资料可有效缩短开发投入时间。

应用:短距离无线通信领域,可用于开发基于BLE 5的消费类电子产品,工业类产品,手机外设产品。


方案三低功耗蓝牙模块RSBRS02AA


主控芯片:RS02A1

突出优势:性价比较高

特点:注重电池使用寿命、小型尺寸和简便实用性,能提高操作的可靠性,提高信号的传输距离和抗干扰性,还能实现解决不同电子产品间的互操作问题,电池寿命也可显著延长。该模块配备高性能蛇形天线,采用邮票半孔形式硬件接口设计。

应用:可用于开发基于蓝牙4.2的消费类电子产品、工业设计类产品,手机外设产品等。

规格参数:VDD=3.3V,TA = 25°C(除非另有说明),在 RSBRS02AA 模块参考设计包括外部匹配元件下测量。


内容来源:我爱方案网

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