Directives de conception Bluetooth : Considérations importantes pour les conceptions à faible consommation d'énergie

Dans la vingtaine, je pouvais facilement transporter mon ordinateur portable à travers la ville sans aucun signe de fatigue. De nos jours, je me fatigue rapidement et cherche un bon massage après de longues périodes de marche avec mon ordinateur portable. C'est pourquoi je préfère porter des tablettes de travail plus légères au lieu de mon ordinateur portable encombrant. La technologie a beaucoup évolué depuis le Bluetooth classique.

En électronique, le Bluetooth Low Energy (BLE) fait quelque chose de similaire pour les applications. Il transmet de courtes rafales de données tout en consommant seulement une fraction de l'énergie consommée par une puce Bluetooth. Comme mon choix de laisser mon ordinateur portable derrière moi lors de voyages pour des raisons d'efficacité (et de confort), la basse énergie est plus efficace lorsque vous ne diffusez pas beaucoup de données.

Les bases du Bluetooth Low Energy

Quand la technologie Bluetooth a rendu les casques sans fil possibles, j'étais obsédé. Je pensais que c'était l'une des technologies les plus cool jamais inventées. Néanmoins, les normes classiques du Bluetooth conventionnel sont affligées de problèmes, y compris une courte durée de vie de la batterie et un manque de stabilité de connexion. Le Bluetooth à faible consommation d'énergie est la solution parfaite à ces problèmes.

Au lieu de remplacer les normes Bluetooth Classic, le Bluetooth LE complète son prédécesseur dans les applications nécessitant une très faible consommation d'énergie. À moins que les appareils ne soient connectés, ils restent en mode « sommeil », consommant ainsi un minimum d'énergie. Il ne faut que quelques millisecondes pour établir une connexion.

Les dispositifs à faible consommation d'énergie Bluetooth peuvent transmettre des données jusqu'à 100 mètres, sous réserve d'autres facteurs tels que la sensibilité du récepteur ou la perte de structure. Cela les rend idéaux pour les applications Internet des Objets (IoT), où les capteurs basés sur le Bluetooth à faible énergie peuvent être facilement déployés sur une large zone.

L'adoption du Bluetooth à faible énergie a été étonnamment rapide, car il comble un vide dans l'électronique existante en abordant les problèmes de faible puissance et de transfert de données à longue distance. Avec l'IoT poussant à la mise en œuvre du Bluetooth LE, ce n'est qu'une question de temps avant que vous ne commenciez à travailler avec une conception Bluetooth LE. Voici quelques conseils pour implémenter le Bluetooth LE dans votre conception.

Module BLE ou un Microcontrôleur avec BLE

Pour intégrer le Bluetooth à faible énergie, vous avez l'option d'intégrer un microcontrôleur avec un module Bluetooth LE ou d'utiliser un microcontrôleur avec une fonctionnalité Bluetooth à faible énergie intégrée. Les modules Bluetooth LE sont généralement certifiés. Utiliser le module Bluetooth LE vous fait gagner du temps et de l'argent sur la certification.

Si vous produisez des centaines de milliers d'unités, un microcontrôleur avec fonctionnalité Bluetooth basse énergie intégrée est l'option la plus viable. Le coût de production plus bas compense le coût de la certification de votre matériel.

Équilibrer faible consommation d'énergie et petits paquets de données

Un module Bluetooth LE fonctionne en moyenne à 1 μA. Cela représente seulement 10 % de la puissance consommée par le Bluetooth Classique. Lorsqu'il est correctement conçu, une cellule unique alimentant le dispositif Bluetooth LE pourrait durer entre 5 à 10 ans. Dans cet esprit, tous les efforts devraient être faits pour minimiser la consommation d'énergie sur les autres composants de la carte de circuit imprimé.

Par exemple, un microcontrôleur à faible consommation d'énergie devrait être sélectionné pour une conception utilisant un module Bluetooth LE. Les indicateurs visuels comme les LED devraient être évités pour maximiser la durée de vie de la batterie. Le microcontrôleur devrait toujours être placé en mode veille profonde lorsqu'il n'est pas actif.

Il est également important de noter que le Bluetooth basse énergie transmet les données par courtes rafales de paquets de données. Contrairement au Bluetooth Classique, il ne prend pas en charge le streaming de grandes tailles de données. La charge utile supportée du paquet de données est jusqu'à 37 octets. Si votre conception implique l'envoi de gros blocs de données, le firmware doit être suffisamment intelligent pour transmettre les données et reconstruire les paquets de données reçus.

Le Bluetooth LE consomme un minimum d'énergie

Directives de disposition de PCB pour votre dispositif Bluetooth

Le Bluetooth basse énergie fonctionne dans la fréquence de 2.4Ghz. La nature haute fréquence de la technologie exige que le PCB soit conçu avec soin. Lorsque votre conception implique des capteurs, il est préférable de garder les signaux analogiques et le module Bluetooth sur des couches séparées du Circuit Imprimé.

Bien qu'il fonctionne avec un minimum d'énergie, il est important pour la conception du PCB Bluetooth d'avoir une tension stable et propre. L'ajout de condensateurs de découplage de 1.0μF aide à fournir une tension stable. En outre, des perles de ferrite peuvent également être utilisées pour filtrer les bruits provenant de l'appareil d'alimentation Bluetooth LE.

Dans certains cas, vous pourriez avoir besoin de concevoir l'antenne Bluetooth LE sur le PCB. Bien que vous n'ayez pas besoin d'être un expert en RF, vous devriez concevoir l'antenne conformément aux suggestions du fabricant. Alternativement, vous pourriez opter pour une antenne à puce si vous disposez d'un espace limité sur votre PCB.

Un condensateur de découplage aide à stabiliser l'alimentation électrique.

En utilisant un logiciel de conception de PCB avec accès à un large éventail de composants et à un contenu de conception illimité, vous pouvez intégrer sans problème le Bluetooth LE dans votre prochaine conception. Lorsque vous avez besoin d'accéder à un outil de disposition de PCB facile à utiliser qui inclut tout le nécessaire pour construire des cartes de circuits imprimés de haute qualité et manufacturables, ne cherchez pas plus loin que CircuitMaker. En plus d'un logiciel de conception de PCB facile à utiliser, tous les utilisateurs de CircuitMaker ont accès à un espace de travail personnel sur la plateforme Altium 365. Vous pouvez télécharger et stocker vos données de conception dans le cloud, et vous pouvez facilement visualiser vos projets via votre navigateur web sur une plateforme sécurisée.

Commencez à utiliser CircuitMaker dès aujourd'hui et restez à l'écoute pour le nouveau CircuitMaker Pro d'Altium.