使用SiP 和设计生态系统实现蓝牙低功耗一体化方案

admin 2020-09-09 14:29 解决方案
[摘要] 物联网(IoT)对我们生活的许多方面都产生了重大影响,包括工作、娱乐和日常任务。互联设备有几百亿台,且每周增加几百万台,很难想象全球网络将多大程度改善我们所生活的世界。

  物联网(IoT)对我们生活的许多方面都产生了重大影响,包括工作、娱乐和日常任务。互联设备有几百亿台,且每周增加几百万台,很难想象全球网络将多大程度改善我们所生活的世界。

  这些联接的设备除了主要作为传感器、执行器或两者组合的功能以及无线优先,还有两个共同的要求。它们需要与含主机和云的其他设备通信;由于通常由微小的纽扣电池供电,因此它们还需要省电,以能自给自足并尽可能地小。

  IoT对于设计人员来说是个具有挑战性的领域,因为他们努力满足用户和消费者日益苛刻的需求和期望。虽然设计在物理尺寸上很小,但它们也是复杂的系统,结合许多不同的技术,设计人员必须利用精密的技术和低功耗组件来实现他们的目标。

  蓝牙低功耗

  蓝牙在IoT应用得到了广泛的应用,因为它可在每一部智能手机和平板电脑上使用,从而提供几乎无处不在的互联网接入,且包含的特性与IoT部署需求非常吻合。蓝牙低功耗最初被称为“蓝牙智能”,它以数据包的形式传输数据,然后进入睡眠模式,从而节省了大量电能。蓝牙4还支持在休眠时保持联接/配对,从而进一步省电。

  蓝牙仍在演进,在以后的版本中包括支持快速开发的功能如安全配对、AES-128加密和配置文件等。4.2版本的数据吞吐量提高了10倍,数据范围提高了2.5倍,从而开启了需要更大数据吞吐量的应用。

  蓝牙5是当前版本,并针对IoT应用进行了优化。 带宽增加了一倍,达到2 Mbps,可能蓝牙5最重要的进步是含网状网络能力,省去中枢,从而可以创建更多大的IoT网络。

  IoT应用

  列举IoT应用是个挑战,因为有太多了,且还在迅速增加。IoT联接我们居住的家居,监控我们的健康状况,管理我们的工作场所,改善我们居住的城市和我们行驶的车辆,等等。

  IoT超越了消费和工业市场。在工业中,节点监控流程以提高产品质量,并监控机器以评估磨损情况,从而实现预防性维护,节省与停机相关的成本。在物流方面,蓝牙低功耗扫描仪可以通过智能标签帮助跟踪库存,而传感器则标记重新填充容器或补充库存的需求。

  随着对电池电量的日益依赖以及全球对降低能耗的认识,能源管理已成为世界各地的重要问题。 智能楼宇中基于蓝牙低功耗的IoT节点感知对热、光、冷却和通风的需求并实时控制灯、窗和暖通空调(HVAC)设备,以便以最经济的方式运行,通常在区域无人时关断资源。

  在我们的家中,蓝牙低功耗可跟踪白家电的使用,甚至启动再订购,以自动装满我们的冰箱。针对人口老龄化,蓝牙使新一代的个人健康监测仪能够远程联接医疗专业人员与患者,从而减少到医院就诊的需求,同时提高医疗保健的质量。

  设计基于蓝牙低功耗的IoT方案

  IoT方案的实现可能很复杂,因为它们需要广泛的技术协同工作。这可能包括微控制器、传感器的模拟设计块和用于通信和电源管理的RF设计。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中结合这所有。

  因此,设计人员正寻求专门设计用于支持快速、低风险设计流程的实现IoT应用的集成方案。 RSL10系统级封装(RSL10 SIP)就是这样一种器件的示例,它提供了向IoT节点添加蓝牙低功耗的一体化方案。

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  图1. RSL10系统级封装(RSL10 SIP)

  RSL10 SIP是一款灵活的超微型蓝牙5器件,将RSL10蓝牙低功耗无线电系统单芯片(SoC)、集成天线和所有无源器件集成在一个完整的小外形系统中。 RSL10 SIP完全通过了全球所有标准(CE、FCC、IC、MIC、KC)的认证,无需更多的RF设计专知或认证,从而显著缩短设计时间。

  SiP还含板载内存资源-384 kB的非易失性闪存-其中256 kB可用于用户应用程序-88 kB的数据随机存储器(RAM)和直接存储器存取(DMA)控制器。还有一系列可配置的外部接口,包括I2C、通用异步收发器(UART)和双串行外设接口(SPI)(主/从),提高灵活性用于广泛应用。

  RSL10 SIP可支持蓝牙低功耗技术以及其他2.4 GHz专有和/或自定义协议栈。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。

  板载电源管理是对SiP器件实现IoT应用的关键要求。RSL 10是目前市场上最低功耗的蓝牙低功耗无线电。当工作在接收模式时,它只消耗7 mW,在深睡眠模式下降至62.5 NW。这使设计人员能最小化所需外部器件数,减小系统大小尺寸和重量。

  宽工作电压范围对设计人员是个更有价值的特性,并扩大了RSL10等器件的潜在应用范围。电源电压范围为1.1至3.3 V,支持使用1.2或1.5 V电池,而无需外部DC-DC转换器。它还能随着电池电压降低延长有用的工作时间。

  设计资源

  工程师除了需要功能强大且高度集成的方案的优势,现在还经常寻求工具和帮助,以在尽可能短的时间内以最低的成本和最少的专业资源完成设计。 安森美半导体提供一系列有用的工具,以进一步简化和加速使用RSL10的设计。

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