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使用SiP和設計生態系統實現藍牙低功耗一體化方案

2020-08-13 來源:微波射頻網作者:安森美-Pavan Mulabagal 我要評論(0) 字號:

物聯網(IoT)對我們生活的許多方面都產生了重大影響,包括工作、娛樂和日常任務。互聯設備有幾百億臺,且每周增加幾百萬臺,很難想象全球網絡將多大程度改善我們所生活的世界。

這些聯接的設備除了主要作為傳感器、執行器或兩者組合的功能以及無線優先,還有兩個共同的要求。它們需要與含主機和云的其他設備通信;由于通常由微小的紐扣電池供電,因此它們還需要省電,以能自給自足并盡可能地小。

IoT對于設計人員來說是個具有挑戰性的領域,因為他們努力滿足用戶和消費者日益苛刻的需求和期望。雖然設計在物理尺寸上很小,但它們也是復雜的系統,結合許多不同的技術,設計人員必須利用精密的技術和低功耗組件來實現他們的目標。

藍牙低功耗

藍牙在IoT應用得到了廣泛的應用,因為它可在每一部智能手機和平板電腦上使用,從而提供幾乎無處不在的互聯網接入,且包含的特性與IoT部署需求非常吻合。藍牙低功耗最初被稱為“藍牙智能”,它以數據包的形式傳輸數據,然后進入睡眠模式,從而節省了大量電能。藍牙4還支持在休眠時保持聯接/配對,從而進一步省電。

藍牙仍在演進,在以后的版本中包括支持快速開發的功能如安全配對、AES-128加密和配置文件等。4.2版本的數據吞吐量提高了10倍,數據范圍提高了2.5倍,從而開啟了需要更大數據吞吐量的應用。

藍牙5是當前版本,并針對IoT應用進行了優化。帶寬增加了一倍,達到2 Mbps,可能藍牙5最重要的進步是含網狀網絡能力,省去中樞,從而可以創建更多大的IoT網絡。

IoT應用

列舉IoT應用是個挑戰,因為有太多了,且還在迅速增加。IoT聯接我們居住的家居,監控我們的健康狀況,管理我們的工作場所,改善我們居住的城市和我們行駛的車輛,等等。

IoT超越了消費和工業市場。在工業中,節點監控流程以提高產品質量,并監控機器以評估磨損情況,從而實現預防性維護,節省與停機相關的成本。在物流方面,藍牙低功耗掃描儀可以通過智能標簽幫助跟蹤庫存,而傳感器則標記重新填充容器或補充庫存的需求。

隨著對電池電量的日益依賴以及全球對降低能耗的認識,能源管理已成為世界各地的重要問題。智能樓宇中基于藍牙低功耗的IoT節點感知對熱、光、冷卻和通風的需求并實時控制燈、窗和暖通空調(HVAC)設備,以便以最經濟的方式運行,通常在區域無人時關斷資源。

在我們的家中,藍牙低功耗可跟蹤白家電的使用,甚至啟動再訂購,以自動裝滿我們的冰箱。針對人口老齡化,藍牙使新一代的個人健康監測儀能夠遠程聯接醫療專業人員與患者,從而減少到醫院就診的需求,同時提高醫療保健的質量。

設計基于藍牙低功耗的IoT方案

IoT方案的實現可能很復雜,因為它們需要廣泛的技術協同工作。這可能包括微控制器、傳感器的模擬設計塊和用于通信和電源管理的RF設計。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結合這所有。

因此,設計人員正尋求專門設計用于支持快速、低風險設計流程的實現IoT應用的集成方案。RSL10系統級封裝(RSL10 SIP)就是這樣一種器件的示例,它提供了向IoT節點添加藍牙低功耗的一體化方案。

圖1. RSL10系統級封裝(RSL10 SIP)

RSL10 SIP是一款靈活的超微型藍牙5器件,將RSL10藍牙低功耗無線電系統單芯片(SoC)、集成天線和所有無源器件集成在一個完整的小外形系統中。RSL10 SIP完全通過了全球所有標準(CE、FCC、IC、MIC、KC)的認證,無需更多的RF設計專知或認證,從而顯著縮短設計時間。

SiP還含板載內存資源-384 kB的非易失性閃存-其中256 kB可用于用戶應用程序-88 kB的數據隨機存儲器(RAM)和直接存儲器存取(DMA)控制器。還有一系列可配置的外部接口,包括I2C、通用異步收發器(UART)和雙串行外設接口(SPI)(主/從),提高靈活性用于廣泛應用。

RSL10 SIP可支持藍牙低功耗技術以及其他2。4 GHz專有和/或自定義協議棧。支持空中固件更新(FOTA)使制造商可在部署后提供更新并添加更多功能。

板載電源管理是對SiP器件實現IoT應用的關鍵要求。RSL 10是目前市場上最低功耗的藍牙低功耗無線電。當工作在接收模式時,它只消耗7 mW,在深睡眠模式下降至62.5 NW。這使設計人員能最小化所需外部器件數,減小系統大小尺寸和重量。

寬工作電壓范圍對設計人員是個更有價值的特性,并擴大了RSL10等器件的潛在應用范圍。電源電壓范圍為1.1至3.3 V,支持使用1.2或1.5 V電池,而無需外部DC-DC轉換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時間。

設計資源

工程師除了需要功能強大且高度集成的方案的優勢,現在還經常尋求工具和幫助,以在盡可能短的時間內以最低的成本和最少的專業資源完成設計。安森美半導體提供一系列有用的工具,以進一步簡化和加速使用RSL10的設計。

RSL10軟件開發套件(SDK)提供一個完整的基于Eclipse的集成開發環境,用于開發超低功耗藍牙低功耗應用。該套件支持KeiluVision®和IAR Embedded Work Bench®,以及廣泛的抽象、驅動程序和示例應用程序、FreeRTOS和空中固件更新(FOTA)移動應用程序。

圖2。 RSL10 SDK嵌入式軟件

缅甸玉和国际藍牙IoT開發套件(B-IDK)提供完整的節點到云的方案,采用模塊化設計,包括廣泛的傳感器和執行器。便捷的CMSIS-Pack提供軟件支持,添加更高級別的功能RSL10 SDK。B-IDK CMSIS-Pack包含傳感器驅動程序、云支持和B-IDK平臺特定的文檔。此外,移動應用程序支持控制硬件以及發布和訂閱(MQTT)來自多個流行云服務的傳感器和執行器數據。

傳感器開發套件也可為那些從事IoT設計的人提供非常有用的資源,可能是首次的。RSL10傳感器開發套件含10多個傳感器,涵蓋光、環境、聲音、位置和運動,幫助工程師快速從概念到實現方案,減少設計迭代。

圖3。 RSL10傳感器開發套件

小結

使用流行的協議通信并使用超小電源運行的能力是IoT設備致勝的關鍵因素。技術如藍牙低功耗隨時間不斷演進,從一種以非常近的距離聯接外設的基本方式到實用的技術,滿足IoT的高度優化需求。

器件如RSL10 SIP把外部器件和RF子系統集成在一個小的、高能效的封裝中,簡化了設計任務。把這與廣泛的支援工具相結合,幫助設計人員以最低的風險、成本和最少的時間向IoT節點添加低功耗的藍牙低功耗功能。

缅甸玉和国际作者:安森美半導體物聯網策略及營銷總監Pavan Mulabagal

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