Bluetooth? Low Energy系統的開發(fā)

作者：時間：2014-03-18 來源：網絡

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在通過與智能手機和平板終端的結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，紐扣電池驅動的設備居多，為了實現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，必須在特定的實驗機構進行合標確認，并獲得各國規(guī)定的無線電認證。因此，在研究從零開始構建系統時，需要充分的無線及協議相關知識，否則，極有可能在產品即將推向市場之前遇阻停滯。

在這種情況下，ROHM(羅姆)旗下LAPIS Semiconductor開發(fā)出支持Bluetooth? LE的、實現業(yè)界頂級低耗電量(發(fā)送數據時9.8mA，接收數據時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和模塊以及構建系統所需的示例軟件、配置文件進行介紹說明。

首先，針對Bluetooth? LE LSI(ML7105-00x)的內部結構進行說明。(圖1)

【圖1】Bluetooth? LE LSI（ML7105-00x）的內部結構

本LSI搭載的電路塊由無線單元(RF)、調制解調器單元(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)構成。各單元的主要功能分別是：無線單元提供2.4GHz數據發(fā)送電路和數據接收電路，發(fā)送系統通過D/A轉換器將調制解調器單元(調制器)輸入的調制信號轉換為模擬信號，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，傳輸給調制解調器單元(解調器)。這些無線單元的特點是，采用PLL直接調制方式，對各電路塊整體進行優(yōu)化，從而實現更低峰值電流(10mA以下)。

然后，在控制器單元進行Bluetooth? LE數據包的編碼、解碼處理，由鏈路處理單元(LL)與協議棧(GATT/ATT/SMP/GAP/L2CAP)發(fā)現設備并與發(fā)現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動，新開發(fā)了在電源關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的協議處理固件，縮短了數據包收發(fā)數據處理時間，使工作時的耗電量更低。然后，電源單元內置主穩(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)壓器進行數據存儲。通過這些設計，實現了整體泄漏電流的最小化。振蕩電路單元內置主要工作用的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，在結構設計上采用通過事件使主機啟動的結構，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在整個結構模塊上進行了降低耗電量的設計，從而，使紐扣電池驅動3年以上連續(xù)工作成為可能。主機和堆棧結構如圖2所示。