多功能立体声蓝牙耳机技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、蓝牙目前暂时共有四个版本：V1.1/1.2/2.0/2.1。

2、以通讯距离来在不同版本可再分为 Class A(1)/Class B(2)。

3、版本的区别

1.1：为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。

1.2：同样是只有748~810kb/s的传输率，但在加上了(改善Software)抗干扰跳频功能。(太深入之技术理论不再详述!)。

4、通讯距离版本

1)Class A 是用在大功率/远距离的蓝芽产品上，但因成本高和耗电量大，不适合作个人通讯产品之用(手机/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 等等)，故多用在部份商业特殊用途上，通讯距离大约在 80~100M 距离之间。

2)Class B 是目前最流行的制式，通讯距离大约在 8~30M 之间，视乎产品的设计而定，多用于手机内/蓝牙耳机/蓝牙 Dongle 的个人通讯产品上，耗电量和体积较细，方便携带。

5、无论1.1/1.2版本的蓝牙产品，本身基本是可以支持Stereo音效的传输要求，但只能够作（单工）方式工作，加上音带频率响应不太足够，并未算是最好之Stereo传输工具。

6、版本2.0是1.2的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，可以有（双工）的工作方式。即一面作语音通讯，同时亦可以传输档案/高质素图片，台湾有部份蓝牙Dongle已经有在市面发售，但在手机内有支持蓝牙2.0版本则是很少。蓝牙耳机能够真正使用的亦不多。

第二节 产品工艺特点或流程

蓝牙耳机由于使用方便，目前市场需求量很大，特别是在法律上严厉禁止驾车时使用手机的国家。由于蓝牙耳机真正独立于电话，因此手机用户可享受多家不同厂商提供的诸如内置相机与PDA功能等最新手机功能而不必每次都更换耳机。

巨大的市场需求推动最终用户市场呈多样化。目前耳机市场已划分成低端、中端和高端三种，这使蓝牙耳机提供商能够选择自己的目标市场，以便既能提供更多使自己产品不同于竞争产品的特性，也可选择向低端、低成本以及大批量的市场进军。

便于使用、成本低廉的低端单声道耳机目前仍非常流行，这些耳机亦可与新手机进行捆绑销售。中档耳机对那些具有丰富蓝牙使用经验的老手更具吸引力，他们通常想要更多功能，比如消噪、LCD屏幕、来电震动及语音识别等。针对这种应用的耳机本身更像一部迷你电话。对品牌耳机厂商来说，声音质量与话音清晰度非常重要。为提高声音质量，中档耳机芯片目前已拥有片上DSP以便运行回音消除和噪音抑制软件，如清晰语音捕捉(cVc, Clear Voice Capture)软件等。

随着厂商推出专为女性设计的耳机，耳机市场进一步细分。这些耳机被设计成适合长头发和戴太阳镜的女性使用，它们更像首饰，可戴在脖子上或者像胸针一样佩戴。这些产品可能具有需小心戴入耳中的小耳件，这些耳件能够在每次通话后取下来，要优于传统设计。

这些新型耳机产品正推动更多的器件级集成，同时还需要一些额外特性，例如用于通过回音消除与噪音抑制改善声音质量的DSP、片上电池充电电路以及开关式电源。

1、设计挑战

今天的蓝牙耳机设计工程师面临着许多挑战，这些挑战不仅包括最终产品的尺寸与重量，还包括功耗、声音质量及互操作性等其它问题，此外还面临上市时间、总体成本及最终的“蓝牙认证机构(BQB)”测试等其它压力。甚至除了所有这些需要考虑的因素外，耳机本身不仅要功能强大，而且还必须以实用、方便使用以及优美的外观设计来吸引广大用户。因此，在设计一款蓝牙耳机时，需要考虑蓝牙芯片、蓝牙协议栈与耳机配置软件、软硬件开发套件、参考设计、互操作性测试和本地技术等多种因素。

2、蓝牙芯片

蓝牙芯片本身只是耳机里众多元件中的一个，在考虑何种芯片最适合耳机设计时，有以下几个因素需要仔细考虑，即成本、尺寸、特性集成与功耗。

除无线电校准外，蓝牙标准要求每个器件都分配有一个称为蓝牙地址的唯一识别码，该地址是用模块专用PS Key来设置的。

模块专用PS Key用于配置每个模块的专用参数，这些参数主要针对模块的无线电性能。蓝牙公司将提供推荐的测试计划以及测试软件，并对蓝牙耳机生产测试系统的建立提供支持。

人机界面(HMI)配置关键码在开发过程中(当定义耳机用户界面时)设置一次，并随后被编程到每一个耳机中。

单声道蓝牙耳机的原理框图

3、蓝牙软件

蓝牙的底层硬件与固件基本上由蓝牙规范确定，并且在手机、计算机键盘和鼠标等目标终端应用中它们都非常相似，不同供应商之间的主要差别在于其互操作性测试的水平和范围。虽然前面描述了诸如电池充电电路和SMPSU等针对耳机的一些器件级特性，但是许多耳机专用特性都是用软件来编写及定义的。

耳机芯片通常有两种：一种是基于闪存的芯片，它适用于小批量生产或者试产，其耳机软件存储在闪存中；另一种芯片则基于ROM，耳机软件存储在片上ROM里，而用户可配置关键码则存储在片外的EEPROM中。因此，在基于ROM的芯片中，耳机特性是在上电时从EEPROM加载到蓝牙器件中，而基于闪存的芯片则拥有能对软件进行升级以适应新手机的优势。但如今，由于有了广泛的互操作性测试，已不再需要在大批量生产中局限于采用基于闪存的芯片。目前大多数针对大批量应用的设计都已转向基于ROM以降低成本，并通过允许使用EEPROM存储代码来减少风险。

蓝牙协议栈及耳机配置文件存储在只读存储器(ROM)中，包含在耳机软件中。称为“永久存储关键码(PS Key)”的模块专用的芯片参考参数用来设置信息，PS Key则存储在外部的小型可重写存储器(EEPROM)中。

蓝牙耳机软件架构

除无线电校准外，蓝牙标准要求每个器件都分配有一个称为蓝牙地址的唯一识别码，该地址是用模块专用PS Key来设置的。

模块专用PS Key用于配置每个模块的专用参数，这些参数主要针对模块的无线电性能。蓝牙公司将提供推荐的测试计划以及测试软件，并对蓝牙耳机生产测试系统的建立提供支持。

人机界面(HMI)配置关键码在开发过程中(当定义耳机用户界面时)设置一次，并随后被编程到每一个耳机中。

4、软硬件开发系统

随着当今市场上的芯片变得越来越复杂，芯片制造商将提供高质量的开发系统来尽量减少新产品的上市时间。典型的硬件开发系统将包括一块带有预加载到蓝牙器件里的耳机软件、经过很好设计的全功能应用设计开发板，还应包括更改PS Key值所需的合适软件、应用指南、数据资料及用户设置指南。对于大多数蓝牙耳机设计来说，最好能有一个现成的耳机解决方案，并允许在PS Key中有足够的用户配置以满足最终用户要求。这种方法非常适用于快速推出一种经过充分互操作性测试且风险相对较小的耳机产品。

但是为了更改深度嵌入的功能，必须使用软件开发套件(SDK)，如CSR BlueLab SDK，这些SDK可使耳机定制化达到最高水平。

5、参考设计

蓝牙天线与射频设计仍是整个蓝牙耳机设计中最复杂的部分，且需经过批准方能进行。一个好的参考设计价值非常高，因为它定义了可用来确保任何板上器件都不会引起干扰或EMI问题的实际PCB布局布线。蓝牙器件厂商应能提供进行参考设计及其制作所需的一切，包括材料价格全部已知的BOM、设计原理图以及PCB布局布线的菲林文件，以保证最终设计一次就能获得成功。

6、互操作性

互操作性是设计任何一种蓝牙产品时的首要考虑因素。CSR公司位于剑桥的实验室专门进行互操作性测试，以确保基于CSR公司蓝牙芯片的设计能够与所有现有的及新型蓝牙产品实现互操作。广泛的测试使CSR产品与众不同，并有助于生产可靠以及容易使用的蓝牙耳机产品。广泛的互操作性测试还能确保获得非常愉悦并立竿见影的最终用户体验，这种一流的最终用户体验能减少需占用资源的最终用户技术支持。

蓝牙耳机的设计不仅仅与芯片有关，还与无线芯片厂商(如CSR)提供的总体解决方案有关，需要对从板布局布线、软件、合适芯片的选择到参考设计、产品开发以及生产测试(包括互操作性测试)的整个端到端设计过程进行仔细考虑。此外，高质量的本地技术支持对于确保终端产品的成功以及客户满意度也非常重要。

整体蓝牙耳机解决方案组成框图

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

目前应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准，该标准在2004年已经推出，支持Bluetooth2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。

为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG组织（Special Interest Group）推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝牙技术。

1、改善装置配对流程

由于有许多使用者在进行硬件之间的蓝牙配对时，会遭遇到许多问题，不管是单次配对，或者是永久配对，在配对的过程与必要操作过于繁杂，以往在连接过程中，需要利用个人识别码来确保连接的安全性，而改进过后的连接方式则是会自动使用数字密码来进行配对与连接，举例来说，只要在手机选项中选择连接特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连结。

而短距离的配对方面，也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（Near Field CoMMunication）机制。NFC是短距离的无线RFID技术，在针对1~2公尺的短距离联机应用上，以电磁波为基础，取代传统无线电传输。由于NFC机制掌控了配对的起始侦测，当范围内的2台装置要进行配对传输时，只要简单的在手机屏幕上点选是否接受联机即可。不过要应用NFC功能，系统必须要内建NFC芯片或者是具备相关硬件功能。

2、更佳的省电效果

蓝牙2.1版加入了Sniff Subrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。一般来说，当2个进行连结的蓝牙装置进入待机状态之后，蓝牙装置之间仍需要透过相互的呼叫来确定彼此是否仍在联机状态，当然，也因为这样，蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态，即使手机的其它组件都已经进入休眠模式。为了改善了这样这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝牙芯片的工作负载大幅降低，也可让蓝牙可以有更多的时间可以彻底休眠。根据官方的报告，采用此技术之后，蓝牙装置在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。

3、蓝牙技术未来的新版本

1）UWB超宽带版本：整合了UWB技术的新版蓝牙将使用户能够对大量数据同速进行和传输，并使便携式设备能够实现更多先进的视频和音频应用。在蓝牙技术规范下，UWB技术在10米的有效范围内速率可达到480Mbps，超过了许多应用中最高要求的200Mbps，将MP3播放器或高画质数码相机的同速进行即是此技术的应用实例。

2）Wibree超低功耗版本：由诺基亚开发的极低耗电量无线技术Wibree的组织Wibree论坛，并入了蓝牙技术联盟。蓝牙技术整合Wibree技术规格的新技术规格在2008年上半年发布。

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