在逆境中奋进的蓝牙技术

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  行业分析人士曾预测,蓝牙半导体市场会在2000年下半年开始攀升,而在2001年将持续攀升。尽管这些预测未达到期待的水平,但普遍地持乐观的态度,蓝牙技术有吸引力的市场仍在向我们召唤。对这一变幻无常的市场,很多半导体供应商趁修改和更新标准之际,纷纷改变了蓝牙产品研发计划。







图1 启用蓝牙设备的企业网连接








图2 第三方将支持完整的蓝牙软件解决方案




  电子行业效益在近期的急剧滑坡并不是蓝牙主流产品缓慢增长的主要原因,事实上,蓝牙技术以及便携式产品中其它令人鼓舞的技术进展可能成为长期等待的业务复兴的催化剂。有理由相信,在几个市场段中,有强烈市场需求的创新便携式产品有助于将电子业务恢复到2位数的增长。


  主流蓝牙产品的缓慢增长部分地归之于早期的互可操作性问题。一段时间里,有关1.06b规范,蓝牙特别兴趣组(SIG)收到了超过300条互可操作性质疑,在这300条中,有57条属于关键性的。某些的确存在问题,另一些则属于规范需进一步澄清的问题。报道的很多“出错”与在两个或更多个启用蓝牙产品间创建链路或所谓“主—从”关系与关。这反映出,首个规范中的加密技术要作更明确的定义。在很多场合,半导体制造商还处于生产器件样品和对蓝牙设计进行更深入探讨的阶段。与此同时,SIG正在解决有关问题,最终将写进1.1版规范中。


  SIG制订蓝牙规范的任务比预想的要困难得多,倘若拿蓝牙个人域网络规范与点对点DECT规范或Ethernet LAN规范进行比较,蓝牙技术显然更为复杂。微微网技术的完整要求、建立多点间并发连接、管理交互作用、通过协议创建连接,所有这一切对规范来说并非一件轻而易举的任务。


  随着1.1版规范的出台,SIG制定了多级测试过程。“声誉系统”(honor system)的研发者进行了几项测试,但单凭这几项测试还不能得到全部合格表。一个在SIG领导下的正式认证部门审查了研发者的测试结果。它还向实验室和公司发放从事该部门认可的符合测试服务的许可证。当认可的测试组织进行的互可操作性测试符合SIG互可操作性要求时,该产品将作为蓝牙合格产品列在SIG的网站上。该行业提供资金,建立组织,进行管理的合格性测试过程,在诸多方面与美国常设的Underwriters Laboratories合格性测试过程十分相似。


  考虑到规范目前正在修改之中,芯片研发人员正在积极开展移动目标的设计工作。应用也是在逐渐演变的,尤其是不断涌现出很有前景的应用。因此,半导体供应商的策略也作了相应的调整。一个完整的单片射频和基带系统解决方案已安排在几个半导体提供商的生产日程上。这一解决方案的集成工艺是最先进的,亦能满足某些最终应用的要求。这一解决方案也要求技术创新,即采用统一的,可能是不同工艺模型组成的生产工艺来设计RF功能和数字/模拟功能。考虑到成本的因素,工艺应是CMOS的。


  若想充分利用生产工艺的最佳特性来实现数字、模拟和射频功能,两片式芯片组是最理想的解决方案,基带为一个芯片,射频为另一个芯片。两个芯片可放置在两个单独的封装内,或将两块裸芯片放置在一个多芯片封装内。利弊权衡由成本结合性能所决定。


  与定制RF实施方案的工艺相比,通常是先有用于数字逻辑的具有先进互连线宽和晶体管尺寸的半导体生产工艺。这表明,处理器芯核、DSP、和其它集成功能可以利用各种工艺很快获得较小的裸芯片面积;而RF功能则可通过对模拟和RF设计优化后的工艺实现。两芯片解决方案让射频性能有更广泛的选择范围,或用CMOS求得成本与性能的最佳平衡,或用BiCMOS实现最佳的射频性能(较高成本)。



各类应用


  蜂窝电话无线地连接至便携式产品,或使用无线耳机是很多用户向往的应用。这些解决方案可充分利用规模巨大的全球数字蜂窝或电话市场。初期会采用蓝牙附件,随后再将蓝牙功能整合在手机中、印制电路板上、或在基带芯片内。蜂窝电话与某些便携式设备之间通信需传送话音和数据两种信息。即使用于简单的无线耳机,或电话至PDA或膝上电脑的连接,也应有相应的解决方案。


  在这个市场段,在10m距离内发送和接收数据(蓝牙1.1版的传输距离)能满足绝大多数用户的要求。耳机至便携式电话的传输带宽仅需支持话音。蓝牙最初预测的1Mb/s带宽足能支持蜂窝电话与PDA间的信息传输。随着时间的推移,当进行便携式产品与计算机通信时,还要进一步增加带宽。数码相机与便携式产品或台式产品连接将需要蓝牙2.0版预测的更快速的带宽。


  蜂窝式技术的发展将向无线个人域网络(W-PAN)提供功能强大的网关。采用通用分组无线服务(GPRS),数据通信有可能达到100Kb/s的速度。采用EDGE和3G后,数据速率将攀升至几Mb/s,蓝牙带宽非常适合短距离、低成本的网络,将移动设备链接至网关。


  到2003年,在全部移动电话中,预期有23%将启用蓝牙,其中的37%会采用整合蓝牙技术。可以认为,数字蜂窝应用将成为拓宽这一新技术市场的催化剂。


  设想中的蓝牙应用也包括办公室台式机、附加的膝上电脑应用、PDA到台式机的计算、PC外设、数码相机、耳机、公共交换电话网(PSTN)基站、音频、机顶盒、以及汽车通信应用。每种应用都能成为整个数字蜂窝蓝牙市场的一部分,但至2003年,预期总体上能占有剩余一半的蓝牙市场。


  新型数字家庭网络应用正在渐渐兴起。家庭网络选择的技术还未最终确定。它可以是有线的、无线的,或是两者的结合;它可能涉及蓝牙、Home RF、IEEE802.11、Hiper LAN、以及DECT无线技术。无论如何,将蓝牙W-PAN链接至家庭网络总需一个解决方案。这些技术未必能占有相同的市场份额,但很可能其中的一个或少许几个成为市场的首选 。尽管由于距离和带宽的制约,蓝牙不一定是理想的家庭网络技术,但可以预期,蓝牙将成为多数家庭网络的一部分,在居室中用作连接W-PAN设备的接入点。


  就启用蓝牙设备的网络应用而言,商务办公室网络和企业网络选用该技术的可能性比家庭网络更大,当然也在不断的演变之中(见图1)。在家庭环境相似,预期蓝牙在每个办公室中以接入点的形式出现,置于商务电话中,或置于台式PC中。



半导体的生产安排


  鉴于刚刚描述的应用广泛性,某些半导体供应商决定提供两芯片蓝牙解决方案,因为多数研发人员更喜欢设计的灵活性,并希望尽可能地利用新的半导体技术。不容置疑,产品生产厂需要占位面积小,具有整体蓝牙功能的经济实用解决方案。他们需要各种不同的产品来满足应用的性能要求。在所有场合,他们都希望在对设计不作重大改动的前提下改用下一代蓝牙IC。他们确实希望能充分利用现有设计的调整能力,为产品族配置最佳成本的解决方案。


  将基带和RF组件分离后,芯片制造商具有优化产品技术和灵活性两方面的潜力。例如,将基带功能改用0.13mm CMOS工艺,而RF部分仍保持0.25mm CMOS工艺,设计师能以设计灵活性实现经济实用的解决方案。基带是纯数字的,很容易改用0.13mm 工艺.。在所有功能构成的硅片面积中,基带约占80%,用0.13mm 工艺能极大降低总体解决方案的占位面积和产品成本。若将两块裸芯片(采用不同的硅工艺)封装在一个多芯片封装中,设计师得到的好处与单芯片是一样的。


  若在蓝牙解决方案中采用积木块或模块的方案,设备制造厂可在一个平台上着手设计,获得未来研发的灵活性,包括未来应用中下一代蓝牙基带功能的整合。预期不必进行重大的设计改动,还可以同样的灵活方式,即用BiCMOS射频组件或采用Java机型处理器。简化的软件结构方便第三方专家的技术支持(见图2)。


  蓝牙规范既然已随设计和测试支持发生了演变,芯片和软件设计师就可在稳定的环境中完成他们的设计。人们急切要求启用蓝牙设备的设计师完成各种产品的设计。产品计划体现了在不久的将来这些计划会引起消费者的兴趣。蜂窝电话产品被迅速地接受是无线连接极具价值的有力佐证。蓝牙技术为使用一个或多个便携式电器的每一个人带来方便性,也为每一个工作组带来方便性。总之,链接至商务网络和家庭网络的蓝牙网关和无线个人网络为个人前所未有的方便性和高生产率创造了机遇。


摘自《电子产品世界》(栋译自《Portable Design》)
   

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