中心議題：

• 低功耗模式以及內部時脈
• DSP: 降低功耗與提高效能

解決方案：

• 關閉無線電，將晶片切換至淺層或深層睡眠模式
• Casual不定時掃瞄

功(gong)耗(hao)是(shi)決(jue)定(ding)可(ke)攜(xie)式(shi)裝(zhuang)置(zhi)發(fa)展(zhan)成(cheng)敗(bai)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。由(you)於(yu)這(zhe)類(lei)裝(zhuang)置(zhi)的(de)趨(qu)勢(shi)朝(chao)向(xiang)功(gong)能(neng)彙(hui)整(zheng)的(de)方(fang)向(xiang)演(yan)進(jin)
，最(zui)明(ming)顯(xian)的(de)跡(ji)象(xiang)就(jiu)是(shi)百(bai)萬(wan)像(xiang)素(su)數(shu)字(zi)相(xiang)機(ji)整(zheng)合(he)至(zhi)照(zhao)相(xiang)手(shou)機(ji)中(zhong)，新(xin)型(xing)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)裝(zhuang)置(zhi)必(bi)須(xu)持(chi)續(xu)迎(ying)合(he)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)需(xu)求(qiu)
，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)功(gong)耗(hao)方(fang)麵(mian)。

雖然藍牙本身就已是低功耗技術，但為了進一步延長電池續航力
，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)仍持續整合許多新方法，以降低新版本藍牙規格的功耗。在2004年11月
，Bluetooth SIG修訂了 2.0+ Enhanced Data Rate (EDR)規格
，結合一種革命性的技術，創造出更有效率的無線連結一與資料封包傳送機製。

藍牙規格

Bluetooth SIG降低藍牙裝置功耗最重要的方法，就是發展出EDR Bluetooth。藍牙無線電元件消耗的電力
，取決於運作時間的長短。 v2.0+EDR 藍牙規格讓資料傳輸速度達到傳統藍牙的3倍(3Mbps 比 1Mbps)，這代表無線電波的運作時間減少到三分之一，因此消耗的電量也減少至三分之一。

提高的資料傳輸率歸功於徹底改變資料封包的傳輸方式。

標準傳輸率(1Mbps – 例如像 v1.2 以前的藍牙版本 ) 封包中含有四個部份 :
1. 存取碼 (Access Code) – 接收裝置利用這個存取碼來辨識輸入端的傳輸作業
2. 封包表頭 (Header) – 描述封包的種類與長度
3. 封包內容 (Payload) – 實際傳送的資料內容
4. 跨封包的 Guard Band (Inter-packet Guard Band)–將無線電波轉至下個頻帶

所有三個傳送部份都采用高斯頻率偏移調變機製 (Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK)來處理射頻訊號: 載波頻率偏移範圍為正負160 kHz
，來代表零或一，每個符元(symbol)編碼出一個位元。符元傳輸率為 1 Msps (Mega Symbol Per Second)。存取碼
、表頭、以及Guard Band保護頻帶等三個部份所需的資源，讓最高負載資料率達到 723 kbps。

Bluetooth EDR 封包仍對存取碼與表頭采用GFSK調變機製，但對Payload資料則使用以下二種其中之一不同的調變機製: 一種是強製性
，提供2倍的資料傳輸率，能容許較高的噪音; 另一種是選擇性調變機製，提供3倍的資料傳輸率。

2倍資料傳輸率采用 π/4 Differential Quadrature Phase Shift 鍵移或 π/4-DQPSK技術。這種調變機製會改變載波的相位而不是頻率。 “Quadrature” 代表每個符元有四個可能的相位

，讓每個符元中有兩個資料位元能進行編碼。符元率維持不變; 因此資料傳輸率提高兩倍。

3倍資料傳輸率采用的是 8-DPSK (8-Phase Differential Phase Shift Keying)，這種機製類似 π/4-DQPSK，但能移至任何8個可能的相位。鄰近位置之間縮小的相位差，加上使用 ±π 相位跳變，意謂著 8-DPSK較容易受到幹擾，但每個符元能編碼3個位元的資料。

在 EDR規格的成功邁入實際產品階段後，通過檢驗的產品於2005年問市，SIG仍繼續研究各種新方法來降低耗電量。

CSR BlueCore以低功耗模式及內部時脈進一步降低耗電量
CSR的BlueCore晶片內建的硬件時脈，能將數字元件與無線電加以區隔；關閉無線電

；以及將晶片切換至淺層或深層睡眠模式。藉此提供甚至可超越Bluetooth SIG官方標準的低耗電效能。

低功耗模式以及內部時脈

BlueCore晶片內的硬件時脈能將數位元件與無線電加以區隔; 關閉無線電; 以及將晶片切換至淺層或深層睡眠模式。

圖 1 淺層睡眠模式的耗電量
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在淺層睡眠模式時中，時脈速度從16MHz降低至0.125MHz ，電流從 10mA降低至 2mA (如圖1所示)

圖 2 深層睡眠模式的時脈結構
　
在深層睡眠模式中，主要的晶體加上所有其他時脈元件都被關閉，隻留下1kHz給振盪器 (Oscillator) 使用(如圖2所示)

在切換至深層睡眠模式時，BlueCore需要 20milliseconds (ms)的無作業空閑時間。在喚醒方麵，晶體需要 5ms的時間來重新啟動
，元件需要約20ms的無作業時間(預測)。BlueCore能透過排程警報，在下一次排定的作業之前喚醒元件，或是由PIO
、UART、或USB連結埠傳送器的中斷
，藉以離開深層睡眠模式。

晶片架構

圖 3 BlueCore3-ROM CSP 晶片封裝
　
BlueCore 晶片架構本身扮演一個重要角色，確保功耗的效率以及降低耗電量。圖3列出一個BlueCore3-ROM CSP晶片級封裝設計，顯示BlueCore晶片的典型配置。

CSR從0.18微米轉移至0.13微米製程，發展CSR的第五代BlueCore5元(yuan)件(jian)，對(dui)耗(hao)電(dian)量(liang)方(fang)麵(mian)產(chan)生(sheng)顯(xian)著(zhe)的(de)影(ying)響(xiang)。隨(sui)著(zhe)矽(gui)元(yuan)件(jian)尺(chi)寸(cun)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，晶(jing)片(pian)中(zhong)不(bu)同(tong)元(yuan)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)變(bian)得(de)更(geng)有(you)效(xiao)率(lv)
，相(xiang)同(tong)的(de)功(gong)能(neng)如(ru)今(jin)僅(jin)須(xu)小(xiao)量(liang)的(de)電(dian)力(li)就(jiu)能(neng)完(wan)成(cheng)。

DSP: 降低功耗與提高效能

CSR選擇在單晶片規格中采用DSP架(jia)構(gou)，在(zai)立(li)體(ti)聲(sheng)與(yu)單(dan)聲(sheng)道(dao)耳(er)機(ji)市(shi)場(chang)帶(dai)來(lai)突(tu)破(po)性(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。在(zai)立(li)體(ti)聲(sheng)耳(er)機(ji)方(fang)麵(mian)，消(xiao)費(fei)者(zhe)希(xi)望(wang)其(qi)耳(er)機(ji)電(dian)池(chi)續(xu)航(hang)力(li)能(neng)比(bi)得(de)上(shang)音(yin)樂(le)播(bo)放(fang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)電(dian)池(chi)續(xu)航(hang)力(li)。現(xian)今(jin)的(de)iPod提供相當長的電池續航力(10至15小時)，遠勝過一般的移動手機，立體聲耳機必須達到相近的電池續航力
，而且不會過度消耗音樂播放裝置或手機的電池電力。
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BlueCore多媒體產品采用的DSP，協助CSR讓無線耳機能達到10至16小時的續航力(分別是 BlueCore3-MM 與 BlueCore5-MM )，遠遠超越其他廠商最優秀的產品，這些非DSP解決方案的續航力最高隻有5小時。

為何整合DSP架構能讓電池續航力大幅提升? DSP架構的耗電率原本就遠低於其他廠商采用ARM處理器開發的裝置，再加上DSP在原生模式下就支援各種音樂格式，例如像MP3、WMA、以及AAC。原生支援能力，讓產品不必使用低效率且高耗能的編解碼器

，例如像利用SBC無線技術來傳送音樂檔案。

為確保互通性，所有使用藍牙AV profile的產品必須能與Bluetooth SIG強製壓縮編碼/解碼機製:子頻帶編碼(SBC)技術達到互通運作。雖然這項標準相當實用，但卻和目前廣受消費者歡迎的音樂儲存格式不一致。因此
，若耳機僅支援SBC，yinlebofangzhuangzhihuoshoujijiubixuzhixingzhuanmazuoye

，zaichuansongzhiqianxianjieyasuo，ranhouzaiyasuoyici。zhixingzhexianggongnengbujinyingxiangyinledepinzhi，zhuanmazuoyebenshenjiuhaoyongdaliangdechuliqiziyuan
，zaixianjinshoujishiyongdeyixiedianxingdechuliqihexinzhong，huiyongqu80%的處理器頻寬。這種耗用大量處理器資源的作業

，需要大量的電力，因此對電池續航力造成更多的壓力。

此外在縮小檔案方麵，SBC的效率也比不上像是MP3等格式，因此需要更高的周期資源才能進行串流傳輸。這會影響到連結的可靠度，也會耗用更多的電池電力。

為解決轉碼衍生的效率低落與耗電量的問題，CSR運用以DSP為基礎的BlueCore多媒體元件
，開發出專屬的藍牙立體聲耳機參考設計方案，結合SBC與MP3格式的編碼軟件。藉由支援MP3編碼功能，就不需再進行轉碼

，傳送MP3檔案所消耗的電力也比以往來得低。在典型的耳機參考設計方案中 - BlueTunes 1采用 Bluecore3-MM – 在透過標準非EDR頻道接收串流SBC音樂時，耗電率不到 95mW (25mA 與 3.7V – 相當於2004年頂級單聲道耳機的耗電水準)。這種設計大幅降低傳送MP3檔案的耗電量，且仍支援EDR功能。

下表比較了采用DSP的CSR產品與其他同類產品在耗電方麵的差異：
　
運作模式 其他廠商的元件 CSR BlueCore3-MM
通話 (SCO, HV3, master) ~112mW ~45mW
串流音樂 (SBC) ~180mW ~95mW
待機 (呼叫掃瞄) ~3.3mW ~1mW


圖 4 BlueCore3-MM 與主要競爭廠商元件的比較
　
Casual不定時掃瞄

在不連結至其他裝置時
，藍牙無線電會在 "呼叫掃瞄"或待機模式下運作，讓無線電波在每1.28秒搜尋其他可連接裝置的射頻範圍，當無線電波掃描到其他裝置之後會送出一個辨識器到本地端裝置，以便在有需要的時能建立連線。CSR一直運用新技術，來減少呼叫掃瞄模式下所需要執行的活動，因此能進一步降低耗電量。其中一種作法是採取和GSM信號(beacon)間隔相互同步的頻率，掃瞄射頻波電的範圍
，利用可用的功率來掃瞄射頻範圍
，手持式裝置藉此在GSM網路中建立辨識的機製。這種作法進一步發展出 "條件式掃瞄"機(ji)製(zhi)，讓(rang)裝(zhuang)置(zhi)能(neng)掃(sao)瞄(miao)射(she)頻(pin)範(fan)圍(wei)。若(ruo)沒(mei)有(you)射(she)頻(pin)電(dian)波(bo)活(huo)動(dong)，就(jiu)不(bu)必(bi)進(jin)行(xing)完(wan)整(zheng)的(de)呼(hu)叫(jiao)掃(sao)瞄(miao)，裝(zhuang)置(zhi)可(ke)一(yi)直(zhi)等(deng)到(dao)下(xia)一(yi)次(ci)掃(sao)瞄(miao)周(zhou)期(qi)以(yi)再(zai)查(zha)看(kan)附(fu)近(jin)是(shi)否(fou)有(you)其(qi)他(ta)裝(zhuang)置(zhi)。

對於掌上型裝置製造商而言
，耗電量永遠是主要的考量因素之一。在麵臨耗電率問題的同時
，業者還必須因應消費者對產品效能


、功能

、互通性、以及連結等方麵的持續攀升的需求。藍牙身為電池供電設備最適合的無線傳輸技術
，應該要能在最低功耗要求下提供強大的功能。因此Bluetooth SIG與各家業者致力改進采用新規格或新係列藍牙裝置的效能。透過采用DSP架構來增進多媒體效能
，不僅可進一步降低耗電
，亦可提供對不同應用的支援與效能，可作為開發藍芽產品廠商設計時的參考。