Bluetooth 5.1 SoC vs. Módulo: ¿Cuál es el mejor para tu diseño?

La lista de características disponibles en Bluetooth acaba de alargarse con el lanzamiento de Bluetooth 5.1. Los fabricantes de componentes han llevado esta tecnología móvil al siguiente nivel para dispositivos IoT integrando comunicaciones inalámbricas con un MCU para procesamiento embebido. Este es solo otro paso en el impulso continuo para incorporar más funcionalidades en un espacio más reducido.

Si quieres incorporar un SoC Bluetooth 5.1 en tu nuevo producto, tienes dos opciones principales para integrar este componente en tu placa. La primera es como un SoC que se monta en tu placa justo como cualquier otro componente. La otra opción es traer un módulo a tu nueva placa, directamente sobre la capa superficial. Aquí está lo que necesitas saber sobre un SoC o módulo Bluetooth 5.1 en tu próximo producto IoT.

Características en un SoC Bluetooth 5.1

Un SoC Bluetooth 5.1 se monta típicamente en una placa en un paquete plano o como un componente BGA. Los SoCs en el mercado integran un MCU con una velocidad de CPU razonablemente alta y capacidades de transceptor en un solo chip. Estos ICs tienden a ofrecer un alto conteo de GPIO, salida PWM o analógica, y un ADC con alta profundidad de bits y tasa de muestreo. Estos SoCs son de bajo costo y ofrecen una cantidad significativa de funcionalidades que anteriormente estaban confinadas a ICs separados.

Un módulo Bluetooth 5.1 ofrece estas mismas capacidades, pero estos se colocan en una placa base junto a una antena impresa. Los fabricantes líderes actuales han lanzado estos módulos para sus propios componentes, por lo que obtendrás el mismo conjunto de características sin importar qué ruta tomes. Colocar un módulo proporciona un paquete integrado de manera agradable y reduce tu tiempo de diseño, generalmente con un oscilador a bordo, aunque la huella y el perfil son más grandes que un SoC. El conteo total de componentes probablemente será el mismo con ambos sistemas, y la verdadera diferencia surge en términos del grosor total del producto, en lugar del área cubierta por el sistema.

Algunas capacidades de ejemplo a las que puedes acceder con un SoC o módulo Bluetooth 5.1 incluyen lo siguiente:

• Detección del ángulo de llegada (AoA) y ángulo de salida (AoD)
• Mayor velocidad (aproximadamente 2 Mbps a corto alcance incluyendo sobrecarga)
• Mucho mayor alcance (200 m en línea de vista)
• Mayor capacidad de mensajes (255 bytes incluyendo sobrecarga)
• Modelos y capacidades de redes en malla
• Motor integrado para la generación de números aleatorios utilizando el ruido del sistema como entropía

Los SoCs de Bluetooth 5.1 que he examinado incluyen un convertidor DC-DC integrado, lo que reduce aún más el número de componentes y la huella. Tu principal consideración es el perfil de placa requerido y si necesitas diseñar una placa personalizada. Si vas por la ruta flexible, entonces necesitarás crear tu propia placa con un SoC, ya que los módulos actualmente en el mercado son rígidos.

Trabajando con un Módulo Bluetooth 5.1

Un módulo puede ser un poco voluminoso y necesitará adjuntarse a la capa superficial de una placa existente, pero es una excelente manera de incorporar capacidades Bluetooth 5.1 en tu nuevo producto sin tener que preocuparte por la integridad de la señal y los aspectos del diseño de la antena de una nueva placa. Estos módulos suelen incluir una antena impresa integrada directamente en la placa. También utilizarán un SoC Bluetooth 5.1 estándar.

Las directrices de diseño para estas placas son bastante simples. Estos módulos se montan en superficie, aunque algunos módulos menos costosos pueden conectarse mediante pines de cabecera. Dado que tienes una señal analógica que se envía a la antena y se transmite lejos de la placa, debes colocar la parte de la antena cerca del borde de la placa base para evitar interferencias con otros componentes. Mientras no estés utilizando señalización digital extremadamente rápida o analógica por encima de 2.4 GHz, puedes proporcionar un desacoplamiento suficiente para otros componentes con capacitores de desacoplamiento/bypass estándar. Ten cuidado de planificar tu camino de retorno alrededor del resto de la placa para evitar que cualquier señal digital interfiera con la sección analógica.

El apilado para la placa base debe ser de al menos 4 capas con señales enrutadas en al menos 1 capa interior. Se especifica generalmente que el plano de tierra se sitúe en la capa superficial para proporcionar un plano de imagen para la antena impresa. El apilado de ejemplo mostrado arriba permite colocar componentes en el lado posterior mientras aún se proporciona una capa extra para el enrutamiento. El plano de tierra también proporciona cierta protección para estos componentes. Alternativamente, puedes colocar todos los componentes en la capa superior, aunque necesitarás proporcionar suficiente espacio libre para la región de la antena en el módulo.

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