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使用SiP和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙低功耗一體化方案

發(fā)布時(shí)間:2020-08-17 來(lái)源:安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)策略及營(yíng)銷總監(jiān)Pavan Mulabagal 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】物聯(lián)網(wǎng)(IoT)對(duì)我們生活的許多方面都產(chǎn)生了重大影響,包括工作、娛樂和日常任務(wù)?;ヂ?lián)設(shè)備有幾百億臺(tái),且每周增加幾百萬(wàn)臺(tái),很難想象全球網(wǎng)絡(luò)將多大程度改善我們所生活的世界。
 
這些聯(lián)接的設(shè)備除了主要作為傳感器、執(zhí)行器或兩者組合的功能以及無(wú)線優(yōu)先,還有兩個(gè)共同的要求。它們需要與含主機(jī)和云的其他設(shè)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(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域,因?yàn)樗麄兣M足用戶和消費(fèi)者日益苛刻的需求和期望。雖然設(shè)計(jì)在物理尺寸上很小,但它們也是復(fù)雜的系統(tǒng),結(jié)合許多不同的技術(shù),設(shè)計(jì)人員必須利用精密的技術(shù)和低功耗組件來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。
 
藍(lán)牙低功耗
 
藍(lán)牙在IoT應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)用,因?yàn)樗稍诿恳徊恐悄苁謾C(jī)和平板電腦上使用,從而提供幾乎無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)接入,且包含的特性與IoT部署需求非常吻合。藍(lán)牙低功耗最初被稱為“藍(lán)牙智能”,它以數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù),然后進(jìn)入睡眠模式,從而節(jié)省了大量電能。藍(lán)牙4還支持在休眠時(shí)保持聯(lián)接/配對(duì),從而進(jìn)一步省電。
 
藍(lán)牙仍在演進(jìn),在以后的版本中包括支持快速開發(fā)的功能如安全配對(duì)、AES-128加密和配置文件等。4.2版本的數(shù)據(jù)吞吐量提高了10倍,數(shù)據(jù)范圍提高了2.5倍,從而開啟了需要更大數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用。
 
藍(lán)牙5是當(dāng)前版本,并針對(duì)IoT應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。 帶寬增加了一倍,達(dá)到2 Mbps,可能藍(lán)牙5最重要的進(jìn)步是含網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能力,省去中樞,從而可以創(chuàng)建更多大的IoT網(wǎng)絡(luò)。
 
IoT應(yīng)用
 
列舉IoT應(yīng)用是個(gè)挑戰(zhàn),因?yàn)橛刑嗔耍疫€在迅速增加。IoT聯(lián)接我們居住的家居,監(jiān)控我們的健康狀況,管理我們的工作場(chǎng)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(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)。在工業(yè)中,節(jié)點(diǎn)監(jiān)控流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量,并監(jiān)控機(jī)器以評(píng)估磨損情況,從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù),節(jié)省與停機(jī)相關(guān)的成本。在物流方面,藍(lán)牙低功耗掃描儀可以通過智能標(biāo)簽幫助跟蹤庫(kù)存,而傳感器則標(biāo)記重新填充容器或補(bǔ)充庫(kù)存的需求。
 
隨著對(duì)電池電量的日益依賴以及全球?qū)档湍芎牡恼J(rèn)識(shí),能源管理已成為世界各地的重要問題。 智能樓宇中基于藍(lán)牙低功耗的IoT節(jié)點(diǎn)感知對(duì)熱、光、冷卻和通風(fēng)的需求并實(shí)時(shí)控制燈、窗和暖通空調(diào)(HVAC)設(shè)備,以便以最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行,通常在區(qū)域無(wú)人時(shí)關(guān)斷資源。 
 
在我們的家中,藍(lán)牙低功耗可跟蹤白家電的使用,甚至啟動(dòng)再訂購(gòu),以自動(dòng)裝滿我們的冰箱。針對(duì)人口老齡化,藍(lán)牙使新一代的個(gè)人健康監(jiān)測(cè)儀能夠遠(yuǎn)程聯(lián)接醫(yī)療專業(yè)人員與患者,從而減少到醫(yī)院就診的需求,同時(shí)提高醫(yī)療保健的質(zhì)量。
 
設(shè)計(jì)基于藍(lán)牙低功耗的IoT方案
 
IoT方案的實(shí)現(xiàn)可能很復(fù)雜,因?yàn)樗鼈冃枰獜V泛的技術(shù)協(xié)同工作。這可能包括微控制器、傳感器的模擬設(shè)計(jì)塊和用于通信和電源管理的RF設(shè)計(jì)。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結(jié)合這所有。
 
因此,設(shè)計(jì)人員正尋求專門設(shè)計(jì)用于支持快速、低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)流程的實(shí)現(xiàn)IoT應(yīng)用的集成方案。 RSL10系統(tǒng)級(jí)封裝(RSL10 SIP)就是這樣一種器件的示例,它提供了向IoT節(jié)點(diǎn)添加藍(lán)牙低功耗的一體化方案。
 
使用SiP和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙低功耗一體化方案
圖1. RSL10系統(tǒng)級(jí)封裝(RSL10 SIP)
 
RSL10 SIP是一款靈活的超微型藍(lán)牙5器件,將RSL10藍(lán)牙低功耗無(wú)線電系統(tǒng)單芯片(SoC)、集成天線和所有無(wú)源器件集成在一個(gè)完整的小外形系統(tǒng)中。 RSL10 SIP完全通過了全球所有標(biāo)準(zhǔn)(CE、FCC、IC、MIC、KC)的認(rèn)證,無(wú)需更多的RF設(shè)計(jì)專知或認(rèn)證,從而顯著縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
 
SiP還含板載內(nèi)存資源-384 kB的非易失性閃存-其中256 kB可用于用戶應(yīng)用程序-88 kB的數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和直接存儲(chǔ)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(fā)器(UART)和雙串行外設(shè)接口(SPI)(主/從),提高靈活性用于廣泛應(yīng)用。
 
RSL10 SIP可支持藍(lán)牙低功耗技術(shù)以及其他2.4 GHz專有和/或自定義協(xié)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(duì)SiP器件實(shí)現(xiàn)IoT應(yīng)用的關(guān)鍵要求。RSL 10是目前市場(chǎng)上最低功耗的藍(lán)牙低功耗無(wú)線電。當(dāng)工作在接收模式時(shí),它只消耗7 mW,在深睡眠模式下降至62.5 NW。這使設(shè)計(jì)人員能最小化所需外部器件數(shù),減小系統(tǒng)大小尺寸和重量。
 
寬工作電壓范圍對(duì)設(shè)計(jì)人員是個(gè)更有價(jià)值的特性,并擴(kuò)大了RSL10等器件的潛在應(yīng)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(wú)需外部DC-DC轉(zhuǎn)換器。它還能隨著電池電壓降低延長(zhǎng)有用的工作時(shí)間。
 
設(shè)計(jì)資源
 
工程師除了需要功能強(qiáng)大且高度集成的方案的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)在還經(jīng)常尋求工具和幫助,以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)以最低的成本和最少的專業(yè)資源完成設(shè)計(jì)。 安森美半導(dǎo)體提供一系列有用的工具,以進(jìn)一步簡(jiǎn)化和加速使用RSL10的設(shè)計(jì)。
 
RSL10軟件開發(fā)套件(SDK)提供一個(gè)完整的基于Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境,用于開發(fā)超低功耗藍(lán)牙低功耗應(yīng)用。 該套件支持KeiluVision®和IAR Embedded Work Bench®,以及廣泛的抽象、驅(qū)動(dòng)程序和示例應(yīng)用程序、FreeRTOS和空中固件更新(FOTA)移動(dòng)應(yīng)用程序。
 
使用SiP和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙低功耗一體化方案
圖2. RSL10 SDK嵌入式軟件
 
藍(lán)牙IoT開發(fā)套件(B-IDK)提供完整的節(jié)點(diǎn)到云的方案,采用模塊化設(shè)計(jì),包括廣泛的傳感器和執(zhí)行器。 便捷的CMSIS-Pack提供軟件支持,添加更高級(jí)別的功能RSL10 SDK。 B-IDK CMSIS-Pack包含傳感器驅(qū)動(dòng)程序、云支持和B-IDK平臺(tái)特定的文檔。 此外,移動(dòng)應(yīng)用程序支持控制硬件以及發(fā)布和訂閱(MQTT)來(lái)自多個(gè)流行云服務(wù)的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)。
 
傳感器開發(fā)套件也可為那些從事IoT設(shè)計(jì)的人提供非常有用的資源,可能是首次的。RSL10傳感器開發(fā)套件含10多個(gè)傳感器,涵蓋光、環(huán)境、聲音、位置和運(yùn)動(dòng),幫助工程師快速?gòu)母拍畹綄?shí)現(xiàn)方案,減少設(shè)計(jì)迭代。
 
使用SiP和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙低功耗一體化方案
圖3. RSL10傳感器開發(fā)套件
 
小結(jié)
 
使用流行的協(xié)議通信并使用超小電源運(yùn)行的能力是IoT設(shè)備致勝的關(guān)鍵因素。技術(shù)如藍(lán)牙低功耗隨時(shí)間不斷演進(jìn),從一種以非常近的距離聯(lián)接外設(shè)的基本方式到實(shí)用的技術(shù),滿足IoT的高度優(yōu)化需求。 
 
器件如RSL10 SIP把外部器件和RF子系統(tǒng)集成在一個(gè)小的、高能效的封裝中,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)任務(wù)。把這與廣泛的支援工具相結(jié)合,幫助設(shè)計(jì)人員以最低的風(fēng)險(xiǎn)、成本和最少的時(shí)間向IoT節(jié)點(diǎn)添加低功耗的藍(lán)牙低功耗功能。 
 
 
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