【導讀】RSSI是Received Signal Strength Indicator（接收信號強度指示器）的縮寫
，用於測量接收到的信號強度。在低功耗藍牙設備中

，RSSI也具有重要的作用。

一、RSSI的作用

RSSI是Received Signal Strength Indicator（接收信號強度指示器）的縮寫

，用於測量接收到的信號強度。在低功耗藍牙設備中，RSSI也具有重要的作用，主要體現在以下幾個方麵：

 信號強度測量：通過測量接收到的信號強度，可以判斷兩個設備之間的距離遠近
，從而進行定位和距離測量等應用。在低功耗藍牙設備中，RSSI通常用於確定設備之間的近距離連接

，如近場支付、智能家居設備的控製等。
 功耗控製：在低功耗藍牙設備中
，電池壽命是一個非常重要的考慮因素。通過RSSI的測量
，可以判斷設備之間的距離遠近
，從而控製設備的發射功率，減少不必要的電量消耗，從而延長電池壽命。
 自動化控製：通過RSSI的測量，可以實現設備的自動化控製。例如

，當設備之間的距離達到一定的範圍時，可以自動觸發某個操作或切換到某個模式。
 安全措施：在低功耗藍牙設備中，通過RSSI的測量，可以檢測到外部幹擾或攻擊信號
，從而采取相應的安全措施

，保護設備和用戶的安全。

總之
，RSSI在低功耗藍牙設備中具有重要的作用，可以幫助實現距離測量、功耗控製、自動化控製和安全措施等功能，從而提高設備的性能和用戶體驗。

二
、常用藍牙接收機架構中實現RSSI的方法

RSSI的測量是通過檢測在藍牙信道中的有效信號能量的大小
，通過計算所得的數值來表示。

下圖是一個當前低功耗藍牙芯片中最常用的接收機的架構。在該架構中
，最關鍵的模塊是用高速零交叉（Zero Crossing）來實現信號的量化。

過零檢測是一種常用的GFSK信號解調技術，它通過檢測信號中連續的過零檢測點來獲取調製信息。具體而言
，當GFSK信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)偏(pian)較(jiao)小(xiao)時(shi)，信(xin)號(hao)的(de)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)點(dian)會(hui)非(fei)常(chang)明(ming)顯(xian)。通(tong)過(guo)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)閾(yu)值(zhi)，檢(jian)測(ce)到(dao)信(xin)號(hao)的(de)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)點(dian)後(hou)
，就(jiu)可(ke)以(yi)判(pan)斷(duan)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)變(bian)化(hua)，並(bing)恢(hui)複(fu)出(chu)原(yuan)始(shi)的(de)調(tiao)製(zhi)信(xin)息(xi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)，對(dui)硬(ying)件(jian)的(de)要(yao)求(qiu)較(jiao)低(di)，因(yin)此(ci)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)被(bei)廣(guang)泛(fan)采(cai)用(yong)。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)深(shen)亞(ya)微(wei)米(mi)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)工(gong)藝(yi)中(zhong)，比(bi)如(ru)55nm以yi下xia的de工gong藝yi中zhong，由you於yu晶jing體ti管guan的de開kai關guan速su度du得de到dao大da大da提ti升sheng

，這zhe種zhong方fang法fa可ke以yi大da大da降jiang低di芯xin片pian的de成cheng本ben和he功gong耗hao，同tong時shi，充chong分fen可ke以yi利li用yong更geng高gao密mi度du的de數shu字zi電dian路lu的de運yun算suan能neng力li。因yin而er，成cheng為wei低di功gong耗hao藍lan牙ya設she計ji公gong司si所suo采cai用yong的de主zhu流liu電dian路lu架jia構gou。然ran而er在zai這zhe種zhong過guo零ling檢jian測ce的de電dian路lu結jie構gou中zhong，比bi較jiao難nan直zhi接jie測ce量liang射she頻pin信xin號hao的deRSSI值zhi。因yin為wei過guo零ling檢jian測ce是shi在zai基ji帶dai信xin號hao上shang進jin行xing的de
，而er基ji帶dai信xin號hao已yi經jing經jing過guo了le解jie調tiao和he低di通tong濾lv波bo，射she頻pin信xin號hao的de能neng量liang分fen布bu已yi經jing不bu同tong於yu原yuan始shi的de射she頻pin信xin號hao，難nan以yi直zhi接jie測ce量liang射she頻pin信xin號hao的de能neng量liang。因yin此ci在zai實shi現xian中zhong，通tong常chang通tong過guo一yi些xie間jian接jie的de方fang法fa來lai估gu計ji射she頻pin信xin號hao的de能neng量liang和heRSSI值(zhi)。比(bi)如(ru)
，圖(tu)中(zhong)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)用(yong)一(yi)個(ge)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)的(de)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)，將(jiang)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)限(xian)製(zhi)在(zai)一(yi)個(ge)較(jiao)窄(zhai)的(de)頻(pin)帶(dai)內(nei)
，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)可(ke)調(tiao)增(zeng)益(yi)放(fang)大(da)器(qi)將(jiang)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)到(dao)一(yi)個(ge)合(he)適(shi)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)，在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)
，用(yong)一(yi)個(ge)低(di)精(jing)度(du)的(de)ADC
，用於估測射頻信號的RSSI值。由於這種方法采用了可調增益放大器，其估算出來的RSSI值與實際的RSSI值之間的差異如下圖。紅色的是實際讀取的RSSI值；黑線是理想的RSSI值。

三、巨微接收機架構中的E-RSSI（Enhanced RSSI）的實現方法

不同於主流結構
，巨微在自己的設計中
，充分考慮到準確測量RSSI值的重要性，在接收端的低中頻架構中
，采用一種增強型接收信號強度指示器（Enhanced Received Signal Strength Indicator，簡稱E-RSSI）。該技術采用高精度的中頻ADC（Analog to Digital Converter

，模數轉換器）的方法，這種方法包括一個高精度複數域連續時間調製器（High resolution complex continuous sigma-delta modulator）和相應的濾波器。該結構具有以下優勢：

 高精度模擬數字轉換：可以提高數字信號的采樣精度和信噪比，從而避免了在ADC轉換之前的AGC造成的模擬增益偏差，進而提高GFSK解調的準確度和提高RSSI的檢測精度。特別是在BLE通信中

，因為BLE信號帶寬比較窄，通常在1MHz以下，所以需要使用高分辨率的ADC來確保采樣精度和動態範圍。

 高精度帶通濾波：對於低功耗藍牙這種窄帶通信標準

，有效的濾除帶外的信號

，對於信號的解調和信號能量的評估尤為重要。RSSI計算在數字域完成，精確穩定；不受工藝偏移影響。

 最小帶內群延時（Group Delay）誤差：由於藍牙的有效信號分布在1MHz的帶寬內，在整個信號處理的過程中，保持信道內的各個頻點的信號的延時相等，對於後麵的GFSKjietiaoyouweizhongyao。juweishixiandianluzhong，zailvboqidexuanquhecanshushejishang，baozhenglezuixiaodequnyanshitedian。xinhaojingguoxinhaodengyanshilvboqi
，baochixiangweixinxi，yiyutongyishijiandiandenengliangjisuan。

 GFSK解調與RSSI計算在同一時間點進行
，測量準確，不受同頻幹擾影響。

在上述的設計基礎上，整個接收端的RSSI的實際測量性能與理想性能的比較如如圖。紅色的是實際讀取的RSSI值
；黑線是理想的RSSI值。對比主流的RSSI測量性能，顯然有明顯的提升。

然而，集成複數模擬信號中頻濾波器的高精度ADC並不是沒有代價的。首先，它結構複雜，設計難度大
，需要克服穩定性、工藝漂移等技術問題，需要設計人員有很好的理論基礎和實踐經驗。同時
，由於成本高，功耗偏大，不利於深亞微米集成。

E-RSSI的de測ce量liang值zhi是shi基ji於yu解jie調tiao後hou的de有you效xiao信xin號hao來lai做zuo的de計ji算suan，而er不bu是shi所suo有you同tong頻pin信xin號hao。模mo擬ni和he數shu字zi域yu多duo級ji中zhong頻pin濾lv波bo器qi，對dui帶dai外wai幹gan擾rao有you更geng好hao的de抑yi製zhi。由you於yu在zai結jie構gou中zhong沒mei有you自zi動dong增zeng益yi調tiao節jie器qi，避bi免mian了le模mo擬ni自zi動dong增zeng益yi級ji帶dai來lai的de工gong藝yi、延時的誤差。同時
，采用高精度ADC
，完整保持了射頻有效信息

，在RSSI計算中保持更高精度。

四
、實測的E-RSSI的效果

E-RSSI的技術實現的射頻
，具有以下優點：

 芯片出廠的RSSI測量基準一致性好

，差異小
，易於產品方案成型後的距離校準
；
 在不同溫度、電壓下，測量得到的差異小；
 測量得到的RSSI值穩定
，不會發生跳變。

以下是針對同一批次晶圓的不同芯片，做了相同輸入的信號幅度，讀取RSSI值的對比。從結果可以看出，對於相同設計的PCB和封裝芯片
，在相同的輸入藍牙信號的情況下，不同的芯片讀出的RSSI值接近相同。

下圖是對比上述三顆芯片的RSSI值讀數與平均值的差異，結果可見：芯片之間的讀數差異在±１左右，接近相同。

同時
，巨微選取過去３年中，幾批工藝參數不同的晶圓封裝的芯片，其晶圓磨劃、封裝打線、測試模塊形狀和嵌入的係統程序都有較大差異。數據總結如下圖。

由圖中比較可見，不同的芯片，在RSSI值的變化斜率上接近相同，其差異在於天線、封裝的不同設計，導致的信號衰減不一樣。這代表利用E-RSSI技術，如果在產品端做出廠校準，最終產品可以完全實現RSSI值測量的可重複性和一致性。

經過長時間驗證
，用E-RSSI技術和HID協議棧
，在無感解鎖的應用場景下
，其一致性接近100%。

五、在實際應用中E-RSSI的應用場景和優勢

下圖是典型的利用RSSI和HID協議，在兩輪車的無感解鎖中的應用。在該應用中，當手機靠近兩輪車時，嵌入在兩輪車中的藍牙模塊通過讀取接收到的手機發出的RSSI值，來判斷手機距離的遠近，從而決定是否開鎖或關鎖。

常用的係統操作流程如下：

 配對：將車主的手機與目標產品（比如：兩輪車）的藍牙模塊進行藍牙配對。這個配對過程可以通過專用APP完成。在配對中，APP完成設備的尋找

、選取和密鑰設置。同時，在配對過程中，方案商可以對距離和RSSI值之間做校準，並通過藍牙連接更新到目標產品中。配對完成之後，手機和目標產品之間將建立智能鑰匙的功能。該配對連接是基於HID協議，並且在操作係統底層得到支持。
 連接HID設備：設備的藍牙芯片在配對完成之後
，會不斷掃描周邊已經配對的手機，並試圖與斷開的手機重新建立HID連接。當手機在設備藍牙的掃描範圍之內後，手機和設備重新建立連接。此時，設備開始讀取手機發出的藍牙信號的RSSI值。
 RSSI讀取：設備端的藍牙芯片與建立好HID連接的手機之間，不斷的交換信息
，同時，設備的藍牙通過巨微芯片的E-RSSI結構讀取RSSI值，並以此判斷手機與設備之間的距離。
 解鎖：當RSSI值高於預設的值，設備判斷為距離足夠近
，並實施解鎖動作。
 關鎖：當RSSI值小於預設的值，設備判斷為距離足夠遠
，並實施關鎖動作。

在自動解鎖應用中，以電瓶車為例，無感智能鑰匙的體驗需要：

 用RSSI值來解鎖的重複性和一致性；
 RSSI值的大小不易被同頻幹擾影響；
 與HID協議配合
，可以實現後台加密、解鎖；
 客戶可以自己配置解鎖距離；
 方案公司可以自己標定解鎖距離

；
 不需要後台駐留APP或小程序
；
 手機兼容性好。

在巨微的E-RSSI方案中，以上都可以做到。
以下是兩種典型的應用場景。
在汽車T-Box上的典型應用
 MS1682承擔T-Box內部的主控、存儲和藍牙；
 MS1658完成定位錨點（Anchor）的功能
；

在這種架構下，巨微的MS1682通過藍牙與各個錨點芯片（Anchor-1
、Anchor-2，...）建立連接
，並根據RSSI的讀數來計算手機與車體的實際距離。當手機接近或離開車體到設定值之後，啟動解鎖或關鎖。

在兩輪車解鎖模塊（報警器、儀表盤）的典型應用有下麵兩種典型形態。
 主控MCU還是用係統原有的。
 用兩個藍牙芯片做錨點（anchor）來提升定位精度；其中一個錨點芯片視成本需求，可以省掉。

 用MS1642替代主控MCU，同時做錨點；
 另一個MS1642做錨點，該芯片視成本需求，可以省掉。

在上述實現中，兩個錨點（或一個）將讀到的手機發射的藍牙RSSI值，進行計算
，並根據估計的距離來實現解鎖或關鎖。

六、巨微相關產品信息

巨微現有芯片中支持E-RSSI 的藍牙MCU型號和特點：

在上述型號中，支持HID（應用於後台解鎖）和OTA（應用於現場校準）功能的芯片，特別適合像接近無感解鎖這樣的應用場景。
同時
，我們提供下列設計套件。

關於巨微
巨微集成電路是一家技術領先、擁yong有you全quan麵mian底di層ceng芯xin片pian技ji術shu的de芯xin片pian設she計ji公gong司si，公gong司si擁yong有you行xing業ye資zi深shen人ren員yuan組zu成cheng的de強qiang大da研yan發fa團tuan隊dui，設she計ji與yu提ti供gong給gei市shi場chang高gao競jing爭zheng力li的de通tong用yong無wu線xian芯xin片pian和he無wu線xianMCU芯片和方案。巨微2014年7月成立於上海張江，公司辦公總部和研發中心位於張江雲飛大廈(長三角國家技術創新中心張江創新綜合體)。巨微核心團隊具備19 年+芯片研發/市場營銷經驗
，擁有10億級以上出貨量的SOC/射頻/模擬芯片領域研發專家。公司具備完整自主演進的芯片係統架構和核心IP

，技術能力覆蓋射頻
、模擬、SOC和係統軟件的設計
，公司創新的射頻“薪火”架構通過軟硬件協同計算，實現靈活而廣泛的應用適配，賦能碎片化物聯網應用。

（來源:巨微,作者：巨微-技術平台部）

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