Bluetooth 5.1 SoC vs. Module : Lequel est le meilleur pour votre conception ?

La liste des fonctionnalités disponibles dans le Bluetooth vient de s'allonger avec la sortie du Bluetooth 5.1. Les fabricants de composants ont emmené cette technologie mobile au niveau supérieur pour les appareils IoT en intégrant des communications sans fil avec un MCU pour le traitement embarqué. C'est juste une autre étape dans la poussée continue pour intégrer plus de fonctionnalités dans un espace plus réduit.

Si vous souhaitez incorporer un SoC Bluetooth 5.1 dans votre nouveau produit, vous avez deux options principales pour intégrer ce composant à votre carte. La première est en tant que SoC qui se monte sur votre carte comme n'importe quel autre composant. L'autre option est d'intégrer un module directement sur la couche de surface de votre nouvelle carte. Voici ce que vous devez savoir sur un SoC ou module Bluetooth 5.1 dans votre prochain produit IoT.

Fonctionnalités dans un SoC Bluetooth 5.1

Un SoC Bluetooth 5.1 est généralement monté en surface sur une carte dans un boîtier plat, ou en tant que composant BGA. Les SoC disponibles sur le marché intègrent un MCU avec une vitesse de CPU raisonnablement élevée et des capacités de transceiver dans une seule puce. Ces circuits intégrés ont tendance à offrir un nombre élevé de GPIO, une sortie PWM ou analogique, et un convertisseur analogique-numérique (ADC) avec une grande profondeur de bits et un taux d'échantillonnage élevé. Ces SoC sont peu coûteux et offrent une quantité significative de fonctionnalités qui étaient auparavant confinées à des circuits intégrés séparés.

Un module Bluetooth 5.1 offre ces mêmes capacités, mais celles-ci sont placées sur une carte hôte à côté d'une antenne imprimée. Les fabricants de premier plan ont sorti ces modules pour leurs propres composants, vous obtiendrez donc le même ensemble de fonctionnalités, quelle que soit la voie que vous prenez. Placer un module fournit un ensemble intégré agréable et réduit votre temps de conception, généralement avec un oscillateur intégré, bien que l'empreinte et le profil soient plus grands que ceux d'un SoC. Le nombre total de composants sera probablement le même avec les deux systèmes, et la véritable différence se manifeste en termes d'épaisseur globale du produit, plutôt que de la superficie couverte par le système.

Certaines capacités que vous pouvez accéder avec un SoC ou module Bluetooth 5.1 incluent les suivantes :

• Détection de l'angle d'arrivée (AoA) et de l'angle de départ (AoD)
• Vitesse plus rapide (environ 2 Mbps à courte portée, surcharge incluse)
• Portée beaucoup plus longue (200 m en ligne de vue)
• Capacité de message plus grande (255 octets, surcharge incluse)
• Modèles et capacités de réseautage maillé
• Moteur intégré pour la génération de nombres aléatoires utilisant le bruit système comme entropie

Les SoCs Bluetooth 5.1 que j'ai examinés incluent un convertisseur DC-DC intégré, ce qui réduit encore le nombre de composants et l'empreinte. Votre principale considération est le profil de carte requis et si vous devez concevoir une carte personnalisée. Si vous optez pour la voie flexible, alors vous devrez créer votre propre carte avec un SoC, car les modules actuellement sur le marché sont rigides.

Travailler avec un module Bluetooth 5.1

Un module peut être un peu encombrant et devra être attaché à la couche de surface d'une carte existante, mais c'est un excellent moyen d'intégrer les capacités Bluetooth 5.1 dans votre nouveau produit sans avoir à vous soucier de l'intégrité du signal et des aspects de conception d'antenne d'une nouvelle carte. Ces modules incluent généralement une antenne imprimée intégrée directement sur la carte. Ils utiliseront également un SoC Bluetooth 5.1 standard.

Les directives de disposition pour ces cartes sont plutôt simples. Ces modules sont montés en surface, bien que certains modules moins chers puissent se connecter via des broches d'en-tête. Comme vous avez un signal analogique envoyé à l'antenne et transmis loin de la carte, vous devriez placer la partie antenne près du bord de la carte hôte pour éviter les interférences avec d'autres composants. Tant que vous n'utilisez pas de signalisation numérique extrêmement rapide ou d'analogique au-dessus de 2,4 GHz, vous pouvez fournir un découplage suffisant pour d'autres composants avec des condensateurs de découplage/bypass standards. Faites attention à planifier votre chemin de retour autour du reste de la carte pour éviter que les signaux numériques interfèrent avec la section analogique.

Le stackup pour la carte hôte devrait être d'au moins 4 couches avec des signaux routés sur au moins 1 couche intérieure. Le plan de masse est généralement spécifié pour se situer sur la couche de surface pour fournir un plan d'image pour l'antenne imprimée. Le stackup exemple montré ci-dessus permet de placer des composants sur le côté arrière tout en fournissant une couche supplémentaire pour le routage. Le plan de masse fournit également un certain blindage pour ces composants. Alternativement, vous pouvez placer tous les composants sur la couche supérieure, bien que vous deviez fournir un dégagement suffisant pour la région de l'antenne sur le module.

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