Bluetooth Low Energy系統(tǒng)的開發(fā)
在通過與智能手機和平板終端的結(jié)合來提高利便性的應用(例如鐘表、健身/保健器材等)中,Bluetooth® LE(Low Energy)正得到迅速普及。在這些應用中,紐扣電池驅(qū)動的設備居多,為了實現(xiàn)更長的電池壽命與更高的性能,對于低功耗化的要求日益強勁。不僅如此,由于毫無無線體驗經(jīng)驗的用戶也可通過身邊的智能手機等連接Bluetooth® LE,因此,Bluetooth® LE在眾多產(chǎn)品中的應用趨勢已勢不可擋。另一方面,要想利用以Bluetooth® LE為首的無線系統(tǒng),必須在特定的實驗機構(gòu)進行合標確認,并獲得各國規(guī)定的無線電認證。因此,在研究從零開始構(gòu)建系統(tǒng)時,需要充分的無線及協(xié)議相關(guān)知識,否則,極有可能在產(chǎn)品即將推向市場之前遇阻停滯。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/221702.htm在這種情況下,ROHM(羅姆)旗下LAPIS Semiconductor開發(fā)出支持Bluetooth® LE的、實現(xiàn)業(yè)界頂級低耗電量(發(fā)送數(shù)據(jù)時9.8mA,接收數(shù)據(jù)時8.9mA,2秒間歇工作時的平均電流8μA)的LSI(ML7105-00x)。另外,取得耗時耗力的Bluetooth SIG認證和國內(nèi)外無線電認證后向客戶供貨的模塊也在開發(fā)中。
在此,針對本LSI和模塊以及構(gòu)建系統(tǒng)所需的示例軟件、配置文件進行介紹說明。
Bluetooth® LE LSI
首先,針對Bluetooth® LE LSI(ML7105-00x)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行說明。(圖1)
本LSI搭載的電路塊由無線單元(RF)、調(diào)制解調(diào)器單元(MODEM)、Bluetooth® LE控制器單元、低功耗邏輯單元、電源單元(Main Reg. / Low Power Reg.)、振蕩電路單元(26MHz/32kHz)、主機接口單元(UART、I2C、SPI、GPIO)構(gòu)成。各單元的主要功能分別是:無線單元提供2.4GHz數(shù)據(jù)發(fā)送電路和數(shù)據(jù)接收電路,發(fā)送系統(tǒng)通過D/A轉(zhuǎn)換器將調(diào)制解調(diào)器單元(調(diào)制器)輸入的調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為模擬信號,再通過本地PLL與2.4GHz頻段的信號疊加。然后,通過功率放大器放大到足夠的功率作為電波由天線發(fā)射。接收系統(tǒng)輸入由天線捕捉到的各種強度的接收信號,由低噪聲放大器放大微小信號。后面的混頻器將2.4GHz頻段的頻率轉(zhuǎn)換為幾MHz左右的中間頻率,輸入到帶通濾波器,僅選擇所需信道的信號。接著,由限幅器將信號放大,傳輸給調(diào)制解調(diào)器單元(解調(diào)器)。這些無線單元的特點是,采用PLL直接調(diào)制方式,對各電路塊整體進行優(yōu)化,從而實現(xiàn)更低峰值電流(10mA以下)。
然后,在控制器單元進行Bluetooth® LE數(shù)據(jù)包的編碼、解碼處理,由鏈路處理單元(LL)與協(xié)議棧(GATT/ATT/SMP/GAP/L2CAP)發(fā)現(xiàn)設備并與發(fā)現(xiàn)的設備連接并提供雙向通信。另外,通過與低功耗邏輯單元的聯(lián)動,新開發(fā)了在電源關(guān)斷時更加省電的抑制泄漏電流的電路;同時,還優(yōu)化了Bluetooth® LE的協(xié)議處理固件,縮短了數(shù)據(jù)包收發(fā)數(shù)據(jù)處理時間,使工作時的耗電量更低。然后,電源單元內(nèi)置主穩(wěn)壓器和低功耗穩(wěn)壓器,在非通信時僅通過功耗更低的低功耗穩(wěn)壓器進行數(shù)據(jù)存儲。通過這些設計,實現(xiàn)了整體泄漏電流的最小化。振蕩電路單元內(nèi)置主要工作用的26MHz和低功耗工作用的32kHz。特別是主要工作用26MHz振蕩電路是按Bluetooth® LE的連接間隔周期每次停動的,因此,通過調(diào)整,使從停動狀態(tài)到啟動之間的時間最短化,從而減少了待機電流。最后,主機接口單元配備了Bluetooth® LE標準化的HCI(UART)和LAPIS Semiconductor獨有的BACI(SPI)。HCI主要與PC連接,可用于無線認證試驗。BACI與安裝了Bluetooth® LE配置文件和應用程序的主機微控制器連接,提供Bluetooth® LE服務。
BACI通過簡化與主機之間的通信來降低訪問頻率。而且,在結(jié)構(gòu)設計上采用通過事件使主機啟動的結(jié)構(gòu),因此,是盡可能使主機停動來抑制耗電量的設計。綜上所述,本LSI在整個結(jié)構(gòu)模塊上進行了降低耗電量的設計,從而,使紐扣電池驅(qū)動3年以上連續(xù)工作成為可能。主機和堆棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。
Bluetooth® LE模塊
接下來,針對Bluetooth® LE模塊的結(jié)構(gòu)進行說明。(圖3)
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