Directrices de diseño Bluetooth: Consideraciones importantes para diseños de baja energía

En mis veinte años, podía llevar fácilmente mi laptop por la ciudad sin mostrar ningún signo de fatiga. Hoy en día, me canso rápidamente y busco un buen masaje después de largos períodos caminando con mi laptop. Por eso prefiero llevar tabletas de trabajo más ligeras en lugar de mi voluminoso laptop. La tecnología ha avanzado bastante desde el clásico Bluetooth.

En electrónica, el Bluetooth de Baja Energía (BLE, por sus siglas en inglés) hace algo similar para las aplicaciones. Transmite ráfagas cortas de datos mientras consume solo una fracción de la energía que consume un chip Bluetooth. Al igual que mi decisión de dejar atrás mi laptop mientras viajo por eficiencia (y comodidad), la baja energía es más eficiente cuando no estás transmitiendo grandes cantidades de datos.

Conceptos Básicos del Bluetooth de Baja Energía

Cuando la tecnología Bluetooth hizo realidad los auriculares inalámbricos, estaba obsesionado. Pensé que era una de las tecnologías más geniales que existían. Sin embargo, los estándares convencionales de Bluetooth Clásico están plagados de problemas, incluyendo corta duración de la batería y falta de estabilidad en la conexión. El Bluetooth de baja energía es la solución perfecta a estos problemas.

En lugar de reemplazar los estándares de Bluetooth Clásico, Bluetooth LE complementa a su predecesor en aplicaciones que requieren un consumo de energía muy bajo. A menos que los dispositivos estén conectados, permanecen en modo de ‘sueño’, consumiendo así un mínimo de energía. Establecer una conexión toma solo milisegundos.

Los dispositivos de Bluetooth de baja energía pueden transmitir datos hasta 100 metros, sujeto a otros factores como la sensibilidad del receptor o la pérdida de estructura. Esto lo hace ideal para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT), donde los sensores basados en Bluetooth de baja energía pueden desplegarse fácilmente a través de una amplia área.

La adopción de Bluetooth de baja energía ha sido sorprendentemente rápida, ya que llena un vacío en la electrónica existente al abordar los problemas de bajo consumo de energía y transferencia de datos a larga distancia. Con IoT impulsando la implementación de Bluetooth LE, es solo cuestión de tiempo antes de que comiences a trabajar con un diseño de Bluetooth LE. Aquí tienes algunos consejos para implementar Bluetooth LE en tu diseño.

Módulo BLE o un Microcontrolador con BLE

Para incorporar Bluetooth de baja energía, tienes la opción de integrar un microcontrolador con un módulo de Bluetooth LE o usar un microcontrolador con una característica integrada de Bluetooth de baja energía. Los módulos de Bluetooth LE suelen estar certificados. Usar el módulo de Bluetooth LE te ahorra tiempo y dinero en certificación.

Si estás produciendo cientos de miles de unidades, un microcontrolador con funcionalidad Bluetooth de baja energía integrada es la opción más viable. El menor costo de producción compensa el costo de obtener la certificación para tu hardware.

Equilibrando el bajo consumo de energía y los paquetes de datos más pequeños

Un módulo Bluetooth LE opera en promedio a 1 μA. Esto es apenas un 10% del poder consumido por el Bluetooth Clásico. Cuando se diseña correctamente, una sola célula que alimenta el dispositivo Bluetooth LE podría durar entre 5 a 10 años. Con eso en mente, se debe hacer todo lo posible para minimizar el consumo de energía en otros componentes del circuito impreso de la PCB.

Por ejemplo, se debe seleccionar un microcontrolador de bajo consumo para un diseño que utilice un módulo Bluetooth LE. Se deben evitar indicadores visuales como LED para maximizar la vida útil de la batería. El microcontrolador siempre debe ser puesto en modo de sueño profundo cuando no esté activo.

También es importante señalar que Bluetooth de baja energía transmite datos en ráfagas cortas de paquetes de datos. A diferencia de Bluetooth Clásico, no admite la transmisión de grandes cantidades de datos. La carga útil soportada del paquete de datos es de hasta 37 bytes. Si tu diseño implica enviar grandes bloques de datos, el firmware necesita ser lo suficientemente inteligente para transmitir los datos y reconstruir los paquetes de datos recibidos.

Bluetooth LE consume energía mínima

Directrices para el diseño de PCB para tu dispositivo Bluetooth

El Bluetooth de baja energía opera en la frecuencia de 2.4Ghz. La naturaleza de alta frecuencia de la tecnología requiere que el PCB sea diseñado con cuidado. Cuando tu diseño involucra sensores, es mejor mantener las señales analógicas y el módulo Bluetooth en capas separadas de la Placa de Circuito Impreso.

Aunque funciona con energía mínima, es importante que el diseño del PCB de Bluetooth tenga un voltaje estable y limpio. Agregar capacitores de desacoplamiento de 1.0μF ayuda a proporcionar un voltaje estable. Además de eso, las perlas de ferrita también pueden usarse para filtrar ruidos del dispositivo de suministro de energía de Bluetooth LE.

En algunos casos, puede que necesites diseñar la antena del Bluetooth LE en el PCB. Aunque no necesitas ser un experto en RF, deberías diseñar la antena de acuerdo con lo sugerido por el fabricante. Alternativamente, podrías recurrir a una antena de chip si tienes espacio limitado en tu PCB.

Un capacitor de desacople ayuda a estabilizar la fuente de alimentación.

Al usar software de diseño de PCB con acceso a un amplio catálogo de componentes y contenido de diseño ilimitado, puedes integrar sin problemas Bluetooth LE en tu próximo diseño. Cuando necesites acceder a una herramienta de diseño de PCB fácil de usar que incluya todo lo necesario para construir circuitos impresos de alta calidad y fabricables, no busques más allá de CircuitMaker. Además del software de diseño de PCB fácil de usar, todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio de trabajo personal en la plataforma Altium 365. Puedes subir y almacenar tus datos de diseño en la nube, y puedes ver fácilmente tus proyectos a través de tu navegador web en una plataforma segura.

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