Bluetooth 5.1 SoC is ontworpen om het ontwerp en de kosten te verkleinen

Bluetooth Low Energy heeft een cruciale rol gespeeld in de IoT-revolutie, met name voor draadloze communicatie over korte afstanden in apparaten waarbij de levensduur van de batterij van cruciaal belang is. De komst van fitnesstrackers en smartwatches heeft de Bluetooth-markt verder gestimuleerd.

Een Bluetooth-apparaat (Fig. 1 ) bestaat uit een host en een controller. De Bluetooth-stack en de huidige applicatie worden uitgevoerd op de host, terwijl de basisbandbewerkingen plaatsvinden op de controller, die klassieke Bluetooth (BR/EDR) of laag verbruik (BLE) ondersteunt. Beide communiceren via de host-controller interface (HCI).

Fig 1:Blokschema van de Bluetooth single-mode en dual-mode architectuur.

BLE is de aanduiding die wordt gebruikt voor de speciale extensies die met versie 4 zijn begonnen. De 4.1- en 4.2-versies hebben kleine verbeteringen aangebracht, maar het is met versie 5 dat de belangrijkste updates arriveerden met een hoge gegevenssnelheid en een laag stroomverbruik.

Bluetooth 5 werd aangekondigd in de tweede helft van 2016, met een overdrachtssnelheid van 2 MB/s, een dekkingsbereik van 240 meter en een lager energieverbruik. Maar deze ontwikkelingen waren nog steeds niet voldoende om gelijke tred te houden met de volgende generatie draadloze connectiviteit.

Zo heeft diezelfde Special Interest Group (SIG) Bluetooth rond eind 2018 specificaties aangekondigd voor de nieuwe Bluetooth 5.1. De belangrijkste innovatie is de mogelijkheid van Bluetooth 5.1 om ook als locator te werken, met een nauwkeurigheid van enkele meters. . De Bluetooth 5.1-specificatie biedt twee verschillende methoden om de positie van de apparaten in de ruimte te identificeren:aankomsthoek (AoA) en vertrekhoek (AoD).

Tegenwoordig werken de meeste wearables met Bluetooth Low Energy. Deze technologie wordt beschouwd als een goedkope oplossing die zeer weinig energie vereist. Het product kan in sommige gevallen maanden of zelfs jaren van stroom worden voorzien door een kleine batterij. Dialog Semiconductor heeft geïntroduceerd wat het definieert als de kleinste en meest energiezuinige Bluetooth 5.1 SoC, de DA14531 . De bijbehorende nieuwe module vereenvoudigt ook de ontwikkeling van Bluetooth-producten en zorgt voor bredere acceptatiemogelijkheden voor IoT-toepassingen.

De SmartBond TINY-chip is gebaseerd op de 32-bit ARM Cortex M0+ core met geïntegreerde geheugens en een complete set analoge en digitale randapparatuur. De implementatie ervan is bedoeld om de problemen van stijgende kosten voor het ontwerpen van IoT-apparaten op te lossen door een vermindering van de totale omvang van het systeem mogelijk te maken met behoud van hoge prestaties. Dialog heeft de SoC ontworpen om de kosten van het toevoegen van BLE-functionaliteit te verlagen tot slechts $ 0,50 in hoge volumes.

Het kleine formaat maakt de SoC geschikt voor elk ontwerp met beperkte ruimte, zoals elektronische stylussen, schaplabels, bakens of actieve RFID-tags voor het volgen van activa. De SoC kan ook worden gebruikt in toepassingen die voorzieningen vereisen, zoals camera's, printers en draadloze routers.

De DA14531 breidt ook de draadloze connectiviteit uit naar toepassingen in de geconnecteerde medische sector. Voorbeelden zijn inhalatoren, medicijndispensers, weegschalen, thermometers en glucometers. (Afb. 2 ).

Fig 2:Blokschema van de DA14531.

Gehuisvest in verpakkingen zo klein als 2,0 x 1,7 mm, is de SmartBond Tiny volgens Dialog ongeveer de helft kleiner dan zijn voorgangers. De SoC heeft slechts zes externe componenten, een enkele klokbron en een voeding nodig om een ​​compleet energiezuinig Bluetooth-systeem te creëren (Fig. 3 ). Hierdoor kunnen ontwikkelaars de chip aanpassen aan bijna elk ontwerp voor het bewaken van RF-bronnen.

“De externe componenten zijn echt beperkt, dus er zijn twee condensatoren nodig. De stroominductor kan onder bepaalde voorwaarden worden overgeslagen”, zegt Adrie Van Meijeren, productmarketingmanager Americas, Bluetooth Low Energy, bij Dialog Semiconductor.

Afb. 3:Alkaline batterijcel-aangedreven systeemdiagram — boost-configuratie.

De module zorgt voor een lange levensduur en duurzaamheid, zelfs met kleine batterijen, en stelt klanten in staat om te profiteren van de nieuwe architectuur als onderdeel van productontwikkeling, in plaats van hun platforms te moeten certificeren, wat tijd, ontwikkelingsinspanningen en kosten bespaart. De ingebouwde DC/DC-converter van de DA14531 zorgt voor een brede bedrijfsspanning van 1,1 V tot 3,3 V.

“Wat betreft batterijen en de DC/DC-converter, we kunnen werken met elk type 1,4-V/1,5-volt batterij naast 3-V-batterijen zoals knoopcelbatterijen. En omdat we die boost converter aan boord hebben, levert dat een kostenbesparing op. Het rendement voor de DC/DC hangt een beetje af van de kwaliteit van uw spoel, maar u kunt een rendement van ongeveer 85% halen”, zegt Van Meijeren.

“De DC/DC-functie is belangrijk, vooral voor wegwerpbatterijen. Deze wegwerpbatterijen hebben vaak een zeer kleine capaciteit, zoals 15 milliampère-uur. En als de DC/DC-converter start, is er een piekstroom die de spoel en de condensatoren oplaadt, en we hebben een stroombegrenzer die je kunt instellen tussen 6 mA en 96 mA, en dat stelt ons in staat om met elke batterij te beginnen, wat dan ook de toestand,” voegde hij eraan toe.

Met het lage stroomverbruik van Bluetooth Low Energy kunnen applicaties vier tot vijf jaar op een kleine batterij werken. Dit is essentieel voor toepassingen die slechts een periodieke uitwisseling van kleine hoeveelheden gegevens nodig hebben.

Dialog biedt ook de DA14531 SmartBond TINY Development Kit , die de DA14531 Bluetooth Low Energy SoC integreert. Dankzij twee mikroBUS-headerinterfaces en een Arduino-interface biedt het systeem uitgebreide functionaliteit (Fig. 4 ).

Afb. 4:DA14531 SmartBond TINY Development Kit Pro.

Momenteel gebruikt door ongeveer 8,2 miljard apparaten wereldwijd, van smartphones tot laptops, Bluetooth is de belangrijkste speler in ons dagelijkse technologische leven. Cisco heeft voorspeld dat in 2020 meer dan 50 miljard van deze slimme apparaten in gebruik zullen zijn, waarbij Bluetooth SIG tot een derde van deze apparaten ondersteunt.

Met miljarden BLE-compatibele slimme apparaten op de markt, is de lijst met toepassingen voor dit protocol onbeperkt. Voor de selectie van de BLE moet rekening worden gehouden met een reeks kenmerken:vormfactor, elektrische specificaties, gewenste functionaliteit, softwareontwikkelingstools en technische ondersteuning.