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

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)對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對于設(shè)計(jì)人員來說是個(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，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、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)。

圖1. RSL10系統(tǒng)級封裝(RSL10 SIP)

IoT應(yīng)用

列舉IoT應(yīng)用是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)橛刑嗔?，且還在迅速增加。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。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)簽幫助跟蹤庫存，而傳感器則標(biāo)記重新填充容器或補(bǔ)充庫存的需求。

隨著對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，以自動(dòng)裝滿我們的冰箱。針對人口老齡化，藍(lán)牙使新一代的個(gè)人健康監(jiān)測儀能夠遠(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。

圖2. RSL10 SDK嵌入式軟件

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。

RSL10 SIP是一款靈活的超微型藍(lán)牙5器件，將RSL10藍(lán)牙低功耗無線電系統(tǒng)單芯片(SoC)、集成天線和所有無源器件集成在一個(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SiP器件實(shí)現(xiàn)IoT應(yīng)用的關(guān)鍵要求。RSL 10是目前市場上最低功耗的藍(lán)牙低功耗無線電。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，而無需外部DC-DC轉(zhuǎn)換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時(shí)間。

圖3. RSL10傳感器開發(fā)套件

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，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。

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)，幫助工程師快速從概念到實(shí)現(xiàn)方案，減少設(shè)計(jì)迭代。

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。