Давно миновали времена Грэхема Белла, когда электрический провод был диковинкой, и если не предметом культового свойства, то уж явным признаком “высоких технологий” той эпохи. Сегодня паутина проводов разрастается у нас на глазах в геометрической прогрессии, и не где-нибудь в естественных для неё промышленных цехах, а в квартирах и офисах. Компьютеры, бытовые устройства, даже мобильные телефоны с их принадлежностями — стараются опутать нас металлическими канатами в пластиковой оболочке, большая часть которых предназначена для передачи информации, а не энергии, где альтернативы пока не предвидится. До сих пор не существовало единого серьёзного стандарта (IrDA и отдельные продукты с радиодоступом не в счёт), способного избавить нас от “проводного рабства”. Кроме пока ещё не вышедшей на массовый рынок, но уже наделавшей немало шума на крупнейших выставках технологии Bluetooth.

История Bluetooth началась в 1994 году, с проекта MC Link шведской фирмы Ericsson по разработке системы локальной беспроводной связи радиотелефона со своими аксессуарами типа телефонной гарнитуры. Осознав необходимость массового производства подобных систем для снижения их стоимости, а также пользу технологии для многих других областей, компании удалось заинтересовать проектом ряд крупных мировых производителей. В феврале 1998 года при участии Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba, IBM была образована группа Bluetooth Special Interest Group (BSIG), сконцентрировавшая свои усилия на ключевых аспектах совершенствования и внедрения Bluetooth спецификаций, анонсированных в мае того же года.
Столь необычное название (“Голубой Зуб”) новая технология получила от английского прозвища датского короля Гарольда (Harold Bluetooth), объединившего в X веке Данию и Норвегию. Нечто подобное создатели Bluetooth планируют сделать уже в XXI веке с разбросанными в углах дома и офиса электронными устройствами — радиотелефонами, компьютерами, цифровыми камерами и так далее вплоть до кофеварок и холодильников. На сегодня группа BSIG насчитывает уже около 2000 членов, и число их продолжает увеличиваться.

ГОЛУБЫЕ БИТЫ И МЕГАГЕРЦЫ

Bluetooth представляет собой стан дарт беспроводной связи близкого (до 10 м, с возможностью расширения до 100 м) радиуса действия в нелицензируемом 2,4-ГГц диапазоне — ISM (Industrial, Scientific, Medical). Среди ключевых моментов стандарта — использование метода расширения спектра с перескоком по частоте — FHSS. Смена рабочего канала происходит по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Данные могут передаваться в изохронном и асинхронном режимах, обеспечивается простая интеграция с TCP/IP, предусмотрена поддержка до трёх голосовых каналов.
В отличие от технологии инфракрасного обмена IrDA, Bluetooth допускает не только передачи типа “точка-точка”, но и многоточечные, не требуя при этом прямой видимости. До 8-ми близко расположенных устройств могут образовывать (используя единый частотный канал) беспроводные пикосети Piconet, которые, в свою очередь, способны объединяться между собой в сеть Scatternet. Каждое устройство имеет уникальный 48-бит сетевой адрес, совместимый по формату с принятым в сетях IEEE 802.
Для удовлетворения противоречивых требований разных приложений по дальности, энергопотреблению и возможной интерференции определены три класса излучаемой мощности Bluetooth-модулей (таблица).
Благодаря простоте и изяществу технических решений, положенных в основу Bluetooth, новая технология бес-проводной связи — “…самое заметное достижение инженерной мысли со времён появления стандарта GSM” (Дэвид Лок, Orange). Однако любая, даже самая выдающаяся концепция или стандарт так и останутся лишь стопкой бумаг (или набором файлов создавшей их SIG), если не будут воплощены в реальных, востребованных рынком устройствах, сердцем которых, без сомнения, являются интегральные компоненты. Итак…

ГОЛУБЫЕ ЧИПСЕТЫ

Infineon Technologies

Под относительно новым, пока ещё не примелькавшимся именем скрывается бывшее отделение полупроводников фирмы Siemens AG. Более чем семилетнее лидерство на рынке беспроводных технологий — более 25 млн. поставленных кристаллов для DECT-систем и приложений диапазона 2,4 ГГц — даёт возможность компании воплощать накопленный опыт уже в кристаллах Bluetooth. Вступив в BSIG в октябре 98 года, к настоящему времени компания закончила разработку интегрального решения под поэтичным названием BlueMoon (“Голубая Луна”), вероятно, сочтя зубную тематику чересчур брутальной. Как и в других системах беспроводной связи, в Bluetooth сохраняется условное деление устройства на высокочастотную часть (RF, “Radio”), радиоканал и низкочастотную (Baseband-тракт).
Как и ранее, при создании DECT-чипсетов, решения компании отличаются высокой степенью интеграции и лаконичностью. Уже первое поколение (Spec 1.0) законченного Bluetooth-чипсета BlueMoon I включает всего два кристалла.
Трансивер PMB 6615(25), c интегрированными блоками LNA, VCO, PLL и управлением по трёхпроводной шине, выполнен по BiCMOS-технологии в корпусе TSSOP38 и обеспечивает работу в режиме класса 2. При минимуме навесных элементов трансивер не требует внешних настроек.
Однокристальный CMOS BaseBand-контроллер PMB 6752 (корпус LFBGA81) /PMB 6754 (корпус TQFP100) включает в себя, помимо интерфейса трансивера и цепей управления дополнительными усилителями мощности, линк-контроллер, UART-интерфейс хост-контроллера (HCI) и PCM-интерфейс для голосовой связи. Функционированием всех блоков Baseband-контроллера управляет Firmware ProBlue с возможностью гибкой настройки под конкретные приложения.
Для Bluetooth-устройств увеличенного радиуса действия (класс 1) могут применяться как разработанные специально для Bluetooth усилители (PMB 4823, PMB6827, CGY 63), так и универсальные CGY196/197, позиционируемые для DECT, WLL, ISM900/2400 и других приложений.
Интегрированный Bluetooth модуль фирмы, собранный на базе чипсета BlueMoon I, включающий в себя две вышеописанные ИМС с дискретным обрамлением и 2,4-ГГц полосовым фильтром (EPCOS), имеет размеры 24x14x3..4 мм.

Philips Semiconductors

Первой выпустив на рынок Bluetooth-компонентов законченный чипсет (Spec 1.0), фирма Philips уже предлагает решения второго поколения, соответствующего Bluetooth спецификации 1.1. Особенность Baseband-контроллера второго поколения BlueBerry — “Голубая ягода” (PCF87750, корпуса — LFBGA81, LFBGA128 или LQFP208) — усовершенствованная модификация ядра EBC (Ericsson Bluetooth Core), получившая название PBC (Philips Bluetooth Core), на основе экономичного RISK-процессора ARM7. PBC делает контроллер самым гибким и функционально развитым на рынке. Контроллеры BlueBerry содержат многие блоки, зачастую отсутствующие в подобных устройствах (высококачественные речевые кодеки с непосредственным подключением к микрофону и головным телефонам, память программ и данных и др.), имеют богатый выбор интерфейсов (I2C, USB, UART, SPI и другие), что делает их идеальным решением для самого широкого круга приложений — компьютерных, радиотелефонных, бытовых и т.п. Контроллер PCF87750 допускает непосредственное подключение к трансиверу UAA3558, в то время как ранее разработанные VW2600x контроллеры (FPBGA96/100, TQFP100 корпуса) требуют дополнительной интерфейсной ИМС (VWS22233).
Предназначенный для применения с обоими поколениями Baseband-контроллеров, однокристальный трансивер UAA3558 (класс 2, 4 dBm) с низкой ПЧ (N-ZIF), интегрированным балансным LNA и симметричным VCO (1,2 ГГц), выполнен в корпусе HVQFN32 и является одним из самых компактных на рынке (5x5 мм). Для устройств класса 1 предусмотрена его работа совместно с усилителем мощности UAA3591 (4x4-мм корпус MLF16). Трансивер не требует настроек, внешних фильтров (SAW) и управляется по трёхпроводной шине.
На базе своего трансивера фирма производит интегрированный радиомодуль второго поколения TrueBlue BGB 100 размером 12,25x9,8x1,9 мм в безвыводном SOT-корпусе, включающий в себя все цепи обрамления: каскады согласования, входной фильтр, антенный переключатель, а также интерфейс с Baseband-контроллером PCF87750. Чуть больших размеров (150 мм2) модуль TrueBlue BGB 110 первого поколения, предназначенный для работы в паре с контроллерами VWS2600x.
В настоящее время компания работает над созданием Bluetooth-ядра для встраивания в Bluetooth SoC (System-on-Chip) ASIC на основе методологии разработки Sea-of-IP. Конечной целью Philips, как и многих её конкурентов, является объединение радио- и Baseband-тракта в одном кристалле и создание недорогого однокристального Bluetooth-решения.

Ericsson

Несмотря на то, что компания-родоначальник голубых технологий и на сегодня выступает в роли этакого локомотива Bluetooth-прогресса, инициатора создания союза поставщиков Bluetooth-решений (Bluetooth Solution Providers, BSP), а также производителя готовой продукции — Bluetooth-аксессуаров для сотовых телефонов — её подразделения Ericsson Microelectronics и Ericsson Mobile Communications AB предлагают и собственные разработки элементов Bluetooth-устройств.
Для превращения её модуля (на базе BiCMOS ASIC) трансивера PBA 313 (Spec 1.1), выполненного в корпусе CBGA34 (10,2x14,0x1,8/1,6 мм), в полноценный радиоканал, работающий в радиусе 10 м (класс 2), необходимо лишь подключение антенны и подача внешней тактовой частоты. Антенный фильтр и согласующие элементы интегрированы в керамическую LTCC подложку. Для совместной работы с модулем Ericsson предлагает использовать Baseband-контроллеры (и Firmware) фирм Qualcomm и Philips. Структура и возможности (благодаря ядру EBC, Ericsson Bluetooth Core, на базе ARM7 CPU) собственного Baseband-контроллера IrmaB HCI R1A, поставки которого ещё не начались, подобны таковым у аналогичных продуктов фирмы Philips, с которой Ericsson тесно сотрудничает в рамках BSP-союза.
Законченный Bluetooth-модуль ROK 101 007 (Spec 1.1) включает в себя Baseband-контроллер, Flash-память (для Firmware) и трансивер. Модуль поддерживает передачу данных и речи. Взаимодействие с хост-контроллером осуществляется по интерфейсам USB (Spec. 1.1, в качестве slave-устройства), UART (до 460 Кбит/с), PCM, а также I2C. Основное назначение — встраивание в компьютерную периферию, переносные устройства, а также работа в точках доступа Bluetooth (Bluetooth access point). Размеры модуля — 33x17x3,65 мм.

Silicon Wave

Молодая (год создания — 1997) венчурная калифорнийская компания Silicon Wave (Сан-Диего) на сегодня в основном полностью сосредоточила свою деятельность на разработке Bluetooth-решений. Она стала одним из первых ассоциированных членов Bluetooth SIG альянса и первой предложила на рынке однокристальный Bluetooth-радиомодем (в терминологии фирмы). Её интегральное семейство Odyssey на текущий момент включает радиомодем SiW1502 (корпус MLF48) с прямым преобразованием частоты, интегрированным VCO и синтезатором, обеспечивающий выходную мощность до 0 dBm (8 уровней), и линк-контроллер SiW1601 (Spec. 1.0, обеспечивается поддержка Piconet и Scatternet сетей) в корпусе CBGA108. Радиомодем может использоваться как отдельно, так и совместно с линк-контроллером (для формирования завершённой Bluetooth-системы потребуется ещё какой-либо стандартный микроконтроллер).
Партнёром Silicon Wave, предлагающим законченные Bluetooth-модули (трёх разновидностей, 1 и 2 классов), является мультинациональная компания Taiyo Yuden, специализирующаяся на выпуске пассивных компонентов, DC/DC и AD/DC-преобразователей.
Стратегическим инвестором Silicon Wave в области Bluetooth-технологий стала известная компания Intersil, разработчик интегрального решения PRISM для популярных беспроводных (также ISM-диапазона) сетей (WLAN) стандарта IEEE 802.11b. В настоящее время обе компании объединили усилия в разработке двухрежимного (Bluetooth/IEEE 802.11b) чипсета — один из изящных способов разрешения проблемы влияния Bluetooth-устройств на эти сети за счёт координации процессов передачи данных в обоих стандартах.

National Semiconductor

Двухкомпонентное решение National, анонсированное и частично реализованное ещё в 1999 году, не отличается высокой степенью интеграции, однако, по утверждению фирмы, достаточно апробировано и надёжно. Косвенным подтверждением этому служит факт использования интегральных компонентов National в своих Bluetooth-продуктах датской компанией Digianswer A/S, являющейся OEM-партнёром гиганта Motorola по выпуску Bluetooth-аксессуаров (PC-карты для лаптопов и USB-адаптеры с поддержкой Bluetooth-обмена и др.), а также то, что беспроводной Bluetooth USB-адаптер фирмы стал первым в мире (в сентябре 2000 года) сертифицированным BSIG-устройством подобного типа.
BiCMOS ИМС трансивера LMX3162 выполнена в корпусе PQFP48 (7x7x1,4 мм) и требует наличия внешних ПАВ (SAW) и LC-фильтра ПЧ (110 МГц), а также каскадов VCO и малошумящего усилителя (LNA). Для работы в паре с LMX3162 разработан линк-контроллер LMX5001 (TQFP48), для управления которым в законченном Bluetooth-устройстве необходим LM (Link Management) контроллер или хост-процессор.
Компания не собирается покидать рынок Bluetooth-компонентов и в настоящее время находится в стадии разработки чипсета второго поколения повышенной степени интеграции (40-выводной трансивер с минимальным числом внешних элементов и 48-выводной Baseband-чип), имея конечной целью (в 4-ом поколении) создание полностью однокристального Bluetooth-решения (как планируется, в 48-выводном исполнении с размером корпуса 7x7 мм).

Разумеется, круг компаний, занятых разработкой голубых чипсетов, не ограничен вышеописанными. Без преувеличения можно сказать, что Bluetooth-кристаллами уже заняты или планируют заняться в ближайшее время почти все ведущие интегральные производители. Так, после покупки компании Butterfly VLSI Ltd, специализирующейся на разработке беспроводных систем малого радиуса действия, компания Texas Instruments к концу 2000 года предложила собственный набор из двух ИМС — BiCMOS-трансивер TRF6001 в 56-выводном корпусе Microstar BGA Junior (5x5 мм) и CMOS Baseband-контроллер BSN6030 в 80-выводном корпусе того же типа (6x6 мм) с интегрированной ROM-памятью. Ряд фирм предлагает на рынок интегрированные модули, как правило, на основе уже апробированных и сертифицированных Bluetooth-чипсетов от лидеров полупроводникового рынка (каких именно, производителями, как правило, не анонсируется). Так, компактный модуль первого поколения с очевидно расшифровываемым наименованием BTM01 (класс 2) японской компании Matsushita Electronic Components Co. Ltd (Panasonic) со встроенной EEPROM и Flash-памятью, имеет лишь выводы для подключения антенны, питания (3,3 В) и линий интерфейсов UART и PCM. Размеры модуля — 28x20x2,7 мм, вес — 2,9 г. Модуль обеспечивает поддержку сети Piconet и позиционирован для телефонии, компьютерных и бытовых приложений (цифровых камер и других).

ТУЧИ НА ГОЛУБОМ НЕБОСВОДЕ

Несмотря на красочные анимацион ные ролики и презентации на сайте группы Bluetooth SIG, расписывающие близкое беззаботно-беспроводное будущее, не всё так гладко. И явление свету нового, ещё вчера скандинавского, а теперь уже мирового детища, не обходится без родовых мук. Объективности ради следует коснуться некоторых проблематичных моментов.

Дороговизна чипов

Средняя стоимость Bluetooth-чипов на сегодня составляет немногим менее 30$. Для широкого распространения Bluetooth-совместимых устройств на рынке, по мнению аналитиков, необходимо её снижение по крайней мере до 10–15$ (Дженифер Шмидт, Meridien Research Inc.), или даже 5$, что станет возможным лишь не ранее 2002–2003 года. Действует известный принцип замкнутого круга — снижение стоимости возможно при массовом производстве, которому необходим широкий рынок сбыта, а он не появится без снижения стоимости… и так далее.

Проблемы со спектром

Первая из них — сильная загруженность ISM-диапазона (2,4 ГГц), в котором уже работает бесчисленное множество устройств — от трансиверов беспроводных сетей, медицинского и научного оборудования до микроволновых печей (2450 МГц — резонансная частота молекул воды), что повышает вероятность взаимных помех. Интересно, что часто поднимается вопрос о помехах со стороны Bluetooth, а не наоборот, так как “зубастая” технология использует очень быстрый перескок по частоте, что даёт ей преимущество в борьбе за спектр с другими беспроводными сетями и приводит к снижению их пропускной способности (за что Bluetooth прозвали “rude radio” — грубое радио). Тем не менее, в связи с наметившейся тенденцией разработки многорежимных чипов (например, IEEE 802.11b/Bluetooth), где эта проблема решается сама собой, а также в связи с прогнозируемой миграцией беспроводных сетей в 5-ГГц диапазон, всё это выглядит не так уж пугающе. Другая нередко упоминаемая проблема — более узкие границы лицензируемого участка ISM-диапазона в ряде стран (Франция, Испания). Для её решения планируется разработать специальную разновидность спецификации Bluetooth. Однако соответствующие ей устройства будут несовместимы с общемировым стандартом.

Несовместимость устройств разных производителей

Многие эксперты считают Bluetooth-стандарт неоправданно перегруженным профилями и спецификациями протоколов, что потребует много времени для достижения полной совместимости устройств разных производителей, если это вообще когда-либо станет возможным. Некоторые эксперты даже предсказывают провал технологии из-за этих проблем (Гален Шрек, Forrester Research).
Несмотря на впечатляющее число компаний, входящих в группу BSIG, многие из них занимают выжидательную позицию, не желая рисковать до тех пор, пока всё “не заработает так, как надо”. Так, Microsoft (член BSIG) не включила поддержку Bluetooth ни в одну из своих текущих операционных систем и не планирует этого делать в ближайших service pack’ах Windows 2000 и WinMe, отложив введение такой поддержки на момент разработки Windows 2002.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хотя прогноз группы BSIG — 100 млн. поставленных Bluetooth-модулей уже к концу 2001 года — большинство экспертов склонны считать не более чем провокационным рекламным трюком, новая технология становится всё более и более популярной. И другой прогноз (Cahners In-Stat) о 1,4 млрд. проданных модулей к 2005 году уже вполне может сбыться. А тучи на голубом небосводе непременно рассеются, и Bluetooth засияет во всей свой красе, избавив нас от спагетти проводов, доставшихся в наследство от старика Белла, тем более, что, по словам Кристины Бьоркхадер, маркетинг-менеджера компании Ericsson, “В Ericsson пока не видят задачи, с которой бы не смогла справиться Bluetooth”.