Die Entwicklungsgeschichte des BLE-Chips Sep 15, 2021
Ende 2019 haben weltweit 4,54 Milliarden Menschen Zugang zum Internet, das sind fast 60 % der Weltbevölkerung. Im Zuge der Entwicklung der Internet-Informationstechnologie kommunizieren immer mehr Menschen durch intelligente Terminals . Die Anforderungen der Nutzer an die Netzwerkübertragung steigen weiter. Der Inhalt der Informationsübertragung hat sich von den ursprünglichen Bild- und Textinformationen zur Videoübertragung entwickelt, und das Übertragungsszenario hat sich von Menschen zu Menschen, von Menschen zu Dingen und zu den Internet der Dinge.

Mit den steigenden Anforderungen von Datenübertragungin tragbare Geräte, Ortungsdienste, Smart Home, industrielles Internet der Dinge und andere Szenarien, wie für die kabellose Verbindung Geräte, um ihren langfristigen Betrieb und eine stabile Datenübertragung zu gewährleisten, ist die Reduzierung des Stromverbrauchs zu einer dringenden Nachfrage auf dem Markt geworden. Egal im Bereich der traditionellen Verbraucher Elektronikor Industriegeschäft , Bluetooth spielt bei der drahtlosen Übertragung eine sehr wichtige Rolle. Klassisches Bluetooth war zu dieser Zeit die wichtigste drahtlose Audio-Kurzstrecken-Kommunikationsmethode. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs der klassischen Bluetooth-Headsets, -Lautsprecher und anderer Geräte sind der Anwendung der Bluetooth-Technologie jedoch große Grenzen gesetzt.


Im Jahr 2010 löste das Aufkommen von BLE4.0, einer stromsparenden Bluetooth-Technologie, das Problem des hohen Stromverbrauchs drahtlos verbundener Geräte. Die Low-Power-Technologie hat den Bluetooth-Markt stark wachsen lassen, und verschiedene Bluetooth-Chiphersteller konkurrieren miteinander, um ihre eigenen Low-Power-Bluetooth-Chips auf den Markt zu bringen, was den Bluetooth-Chipmarkt zu einer Wohlstandssituation macht.


Im Folgenden wird hauptsächlich die Entwicklungsgeschichte von drei BLE-Chipherstellern vorgestellt: Texas Instruments (TI), Nordic Semiconductor und Dialog.


Das erste Jahr von BLE 4.0 TI gab einen Präventivschlag
Kurz nach dem Aufkommen der Bluetooth Low Energy 4.0-Technologie wurden die ersten Star-Produkte von TI, die Bluetooth 4.0, CC2540 und CC2541 unterstützen, schnell auf den Markt gebracht. Mit den Vorteilen eines starken technischen Supports, einer einfachen Entwicklung und einer niedrigen R&D-Schwelle eroberten sie schnell den Bluetooth Low Energy-Markt und besetzten einen sehr hohen Marktanteil. CC2540, CC2541 übernehmen 8051 Kern, 256 KB Flash, die Kernrechenleistung kann datentransparente Übertragung, PWM-Lichtsteuerung und andere Funktionen realisieren.

Das Unternehmen Dialog konzentriert sich auf extrem niedrigen Stromverbrauch und ultrakleine Chips. Im Jahr 2013 brachte es den DA14580-Chip auf den Markt, der schnell die Implementierung von Gesundheitsmanagement---Armbandanwendungen förderte und einen großen Teil des Armbandmarktes eroberte.


DA14580 verwendet 16 MHz 32-Bit-ARM-Cortex-M0-Kern mit 84 KB ROM und 50 KB RAM. Es kann gängige Funktionen wie die Schrittaufzeichnung und das Timing unterstützen, die im Armband verwendet werden. Das interne OTP-ROM ist einmalig programmierbar und eignet sich für Anwendungen, die eine gewisse Flexibilität und geringe Kosten erfordern, insbesondere das elektronische Produktarmband, das ständig erneuert wird und eine schnelle Massenproduktion erfordert.

Als der DA14580 auf den Markt kam, brachte er drei Weltneuheiten hervor: den weltweit niedrigsten Stromverbrauch, das kleinste Gehäuse der Welt und den ersten BLE-SOC mit integriertem Balun-Schaltkreis. Diese Eigenschaften machen DA14580 so einfach, auf dem Armbandmarkt zu werben. Mit genügend Rechenleistung und kleinstem Gehäuse lässt es sich problemlos im Armband unterbringen, sodass die Bluetooth-Technologie auch auf engstem Raum genutzt werden kann. Die Bluetooth Low Energy-Technologie sorgt für eine gute Akkulaufzeit des Armbands. Bei der gleichen DC-DC-Stromversorgung sind weniger Peripherieschaltungen erforderlich, und die Kosten werden entsprechend reduziert. DA14580 besetzte schnell die Hälfte des Armbandmarktes.


Der 2012 von Nordic eingeführte nRF51822 unterstützt BLE 4.0, verwendet den ARM Cortex M0-Kern, integriert 256 KB Flash und 16 KB RAM. Der nRF51822 von Nordic schneidet auch auf dem Armbandmarkt gut ab. Zu dieser Zeit wurde nRF51822 verwendet, um das Armband in China zu entwickeln, von denen das Baidu-Armband - Codoon-Armband, das erste tragbare tragbare Gerät von Baidu, das repräsentativste war. Der Code und das Hardware-Schemadiagramm sind vollständig Open-Source, was eine große Anzahl von Entwicklern zum Entwickeln und Debuggen anzieht. Für den Low-Cost-Markt brachte Nordic anschließend einen kostensensitiven nRF51802 im Vergleich zu nRF51822 auf den Markt.


In der Ära "Das erste Jahr von BLE4.0" übernahm TI die Führung bei der Veröffentlichung von CC2540 und CC2541, um den größten Teil des BLE-Marktes zu erobern, und Dialog eroberte schnell den Armbandmarkt mit seinem extrem niedrigen Stromverbrauch. Die Leistung des BLE-Chips von Nordic war mittelmäßig.


Das erste Jahr von BLE 4.2 Nordic wurde das Ass im Loch


Im Jahr 2014 wurde Bluetooth 4.2 veröffentlicht, das nicht nur die Übertragungsgeschwindigkeit um das 2,5-fache verbessert, sondern auch eine höhere Privatsphäre bietet und sich über IPv6 mit dem Netzwerk verbinden kann. Im Jahr 2015 startete TI CC2640 Chip, der BLE4.2 unterstützt, und führte zum ersten Mal die SimpleLink-Mikrocontroller-Plattform ein, die eine Vielzahl von drahtgebundenen und drahtlosen ARM®-MCU-Produktserien in einer einzigen Softwareentwicklungsumgebung bereitstellt und flexible Hardware-, Software- und Werkzeugoptionen für IoT- und Automobilanwendungen bietet, und neue Maßstäbe für Entwickler setzen. Der CC2640-Chip verwendet einen ARM Cortex M3-Kern + M0-Kern. Der M0-Kern wird als Sensor-Controller-Chip verwendet. Die Sensorsteuerung verarbeitet die gesammelten Daten vor, und die Daten, die den voreingestellten Schwellenwert überschreiten, schwächen die Haupt-CPU für die Verarbeitung, um den Stromverbrauch der Haupt-CPU so weit wie möglich zu reduzieren, wodurch der Gesamtstromverbrauch des CC2640 reduziert wird. Allerdings ist der 128-KB-Flash zu klein, um komplexere Anwendungen zu entwickeln, CC2640 hat den Armbandmarkt im Grunde verfehlt.


Zu diesem Zeitpunkt hat kein Hersteller einen ARM Cortex M4F-Kern, Flash-RAM-Chip mit großer Kapazität auf dem Bluetooth-Chipmarkt entwickelt. An einem Tag im Februar 2016 hat Nordic die nRF52832 Chip.
Der nRF52832 verwendet einen ARM Cortex M4F-Kern mit Gleitkomma-Arithmetik, 512 KB Flash, 64 KB RAM, und die Kernleistung und Speicherkapazität steigen exponentiell. nRF52832 ist auch der weltweit erste BLE-Chip, der Teile von Bluetooth 5.0-Funktionen unterstützt. Die Kommunikationsrate und Reichweite von Bluetooth 5.0 sind im Vergleich zu Bluetooth 4.2 stark verbessert. Die Einführung von nRF52832 hat das Muster des Bluetooth-Marktes komplett durcheinander gebracht. Nordic begründete mit nRF52832 die beherrschende Stellung auf dem Bluetooth-Markt.

Hersteller

Chip

Kern

Blinken

RAM

TI

nRF52832

ARM-Kortex M4F

512 KB

64 KB

nordisch

CC2640R2F

ARM Cortex M3

128 KB

20 KB

Dialog

DA14681

ARM-Kortex M0

144 KB


TI war nicht in der Lage, in kurzer Zeit einen mit nRF52832 vergleichbaren Chip zu entwickeln. Auf Basis von CC2640, CC2640R2F wurde Ende 2016 schnell veröffentlicht, unterstützte Teile von Bluetooth 5.0-Funktionen und reagierte auf die Einführung des nRF52832-Chips von Nordic. Die Kosten von CC2640R2F unterscheiden sich nicht wesentlich von denen von CC2640, aber es ist offensichtlich, dass CC2640R2F nicht mit nRF52832 konkurrieren kann.


Im ersten Jahr von BLE4.2 gelang Nordic mit nRF52832 ein Gegenangriff und etablierte seine dominante Position. TI hat CC2640R2F schnell als Reaktion auf den nordischen nRF52832-Chip auf den Markt gebracht, um den Markt zu erobern, während Dialog weiterhin hart auf dem Armbandmarkt arbeitet.


BLE SoC-Konkurrenz wird glühend heiß


Seitdem ist die Konkurrenz der großen Chiphersteller bei BLE-SoCs in die Brüche gegangen. Im Jahr 2018 brachte TI CC2642 auf den Markt, aktualisierte den Kern auf ARM Cortex M4F, unterstützte das komplette Bluetooth 5.0 mit 352 KB Flash und 256 KB ROM und aktualisierte die Leistungsparameter des BLE-Chips. TI hat die SimpleLink-Plattform weiter verbessert und perfektioniert.


Nordic stellte das Flaggschiffprodukt vor nRF52840 die die Bluetooth 5.0-Funktion vollständig unterstützt. Es verwendet 1 MB Flash und 256 KB RAM und seine Leistungsparameter wurden weiter verbessert, um komplexeren Anwendungsszenarien und Anforderungen an die Rechenleistung gerecht zu werden und seine Position im Bluetooth-Chipmarkt weiter zu festigen.
Dialogs Strategie des ultra-niedrigen Stromverbrauchs bleibt unverändert. Für den Armbandmarkt wurden DA14681 und andere Chips eingeführt. Der Markt für intelligente Armbänder entwickelt sich rasant. Allein im Jahr 2018 hat das Versandvolumen von Xiaomis Mi band3 10 Millionen überschritten. Künftig soll die Nachfrage nach smart Bracelets weiter ausgebaut und spezielle Anwendungen für unterschiedliche Branchen konzipiert werden. Zum Beispiel die Nachfrage nach intelligente Rente, intelligente Medizin und andere Szenarien Überspannungen. und die Nachfrage nach Chips, die komplexere Funktionen unterstützen, wird in Zukunft zunehmen.



BLE SoC hochgradig verfeinert für Anforderungen

Während die Leistungsparameter der Chips verbessert wurden, begannen die großen Hersteller von Bluetooth-Chips, die Produktlinie für unterschiedliche Produktpositionierungsanforderungen zu verbessern und zu perfektionieren. Der Trend des Bluetooth-Marktes hat sich subtil geändert. Neben der Befriedigung der High-End-Marktanwendungen haben die Hersteller auch begonnen, den Anteil des Low-End-Marktes zu erobern.


Dialog

Hochleistung. Im Februar 2019 brachte Dialog die neueste Hochleistungs-BLE-SoC-Chip-Serie DA1469x auf den Markt, bei der drei Rechenkerne für Sensorik, Datenverarbeitung und Kommunikation verantwortlich sind. Der programmierbare Mikro-DSP ist für die unabhängige Sensorkommunikation und das Datenmanagement verantwortlich, Cortex-M33 verarbeitet Daten und Cortex-M0+ ist für die drahtlose Kommunikation verantwortlich. DA1469x unterstützt den neuesten Bluetooth 5.1-Standard. In Zukunft kann es auch eine Indoor-Positionierungsfunktion entwickeln, um dem Dialogunternehmen zu helfen, den High-End-Markt für Armbänder weiter zu erkunden.


Kostengünstig. Auf der anderen Seite hat Dialog einen kostengünstigen DA14531-Chip auf den Markt gebracht, der den Marktanteil von Low-End-Armbändern weiter erobert.

nordisch

Hochleistung. Am 14. November 2019 gab Nordic die Markteinführung des ersten Mitglieds der nächsten Generation der Chips der nRF53-Serie bekannt. nRF5340 hochwertig Multiprotokoll SoC, entwickelt mit ARM Cortex-M33 Dual-Core-Prozessor, mit 1 MB Flash, 512 KB RAM, um den Anforderungen komplexer funktionaler Anwendungsszenarien gerecht zu werden.


Kostengünstig. In Bezug auf kostengünstige Chips hat Nordic eingeführt nRF52805 mit ARM Cortex-M4-Kern, 48 KB RAM und 192 KB ROM. Bei gleichzeitiger Erfüllung der Grundrechenleistung sinken die Chipkosten und die Vision von Low-Cost-Anwendern wird schnell angezogen. Zum Beispiel in der kabellose Maus Lösung verwendet die drahtlose Maus nRF52805 und der Transceiver verwendet nRF24L01. Diese Kombination hat eine starke Leistung und erfüllt die Grundfunktionen der drahtlosen Maus. Gleichzeitig macht der hohe Kostenvorteil diese Art von Markt mit spezifischen Bedürfnissen mehr Auswahl. Nordic verbessert weiterhin seine Produktlinie und die High-End- und Low-End-Produkte gehen gemeinsam voran.

TI

Hochleistung. TI gestartet CC1352, CC2652 Multiprotokoll-Chips für intelligentes Zuhause.


Kostengünstig. In Bezug auf kostengünstige Chips hat TI die CC2640L um mehr Optionen für Benutzer zu bieten, die nach Kosteneffizienz streben.


Von der Zeit, als BLE-Chips auf dem Markt nicht populär waren, bis heute, wo die Chip-Produkte in jede funktionale Anwendungsanforderung unterteilt sind, gibt es mehrere Hersteller auf dem BLE-Chip-Markt, und jeder hat seine eigenen Eigenschaften. Bisher liegt der Bluetooth-Marktanteil bei Nordic, Dialog und TI. Abgesehen von diesen drei Unternehmen haben ST und Silicon Labs aufgrund ihres späten Eintritts in den BLE-Markt einen geringen Marktanteil.


Chinas Chips haben sich angesammelt und holen auf


In der Chip-Upgrade-Welle entwickeln sich nicht nur ausländische Hersteller, sondern auch heimische Chiphersteller boomen. Seit der Einrichtung des staatlichen Unterstützungsfonds für die Chipindustrie auf 100 Mrd. Bis 2016 verdoppelte sich die Zahl der Chipdesign-Unternehmen im Vergleich zu 2014 und erreichte mehr als 1.300. Die Kluft zwischen heimischen Chips und ausländischen Chips ist noch immer sehr groß. Es gibt immer noch viele Probleme, wie den Mangel an Talenten, eine geringe Gewinnspanne und eine offensichtliche Lücke in mehreren Verbindungen der Branche. Aber einheimische Chips holen auf. In einigen spezifischen Anwendungsszenarien, heimische Chips konnten die Anwendungsanforderungen vollständig erfüllen und Fremdchips ersetzen.



Es ist erwähnenswert, dass die von ASR eingeführten heimischen Chips den Markttest in Bezug auf Leistung, Stabilität und Reife bestanden haben. Inländische Chips holen zu ausländischen Chips auf und gewinnen Marktbekanntheit. Der Chipmarkt wird nicht mehr nur in Übersee hergestellt. In Zukunft können wir bei der Auswahl der Bluetooth-Chips mehr auf inländische Bluetooth-Chips achten.
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