Bluetooth 5.1 SoC rispetto a Modulo: Quale è il migliore per il tuo progetto?

La lista di funzionalità disponibili in Bluetooth si è appena allungata con il rilascio del Bluetooth 5.1. I produttori di componenti hanno portato questa tecnologia mobile al livello successivo per i dispositivi IoT integrando comunicazioni wireless con un MCU per l'elaborazione integrata. Questo rappresenta solo un altro passo nella continua spinta a inserire più funzionalità in uno spazio più ridotto.

Se vuoi incorporare un SoC Bluetooth 5.1 nel tuo nuovo prodotto, hai due opzioni principali per introdurre questo componente nella tua scheda. La prima è come un SoC che si monta sulla tua scheda proprio come qualsiasi altro componente. L'altra opzione è portare un modulo nella tua nuova scheda—direttamente sullo strato superficiale. Ecco cosa devi sapere su un SoC o modulo Bluetooth 5.1 nel tuo prossimo prodotto IoT.

Funzionalità in un SoC Bluetooth 5.1

Un SoC Bluetooth 5.1 è tipicamente montato in superficie su una scheda in un pacchetto piatto, o come componente BGA. I SoC presenti sul mercato integrano un MCU con una velocità della CPU ragionevolmente alta e capacità di trasmissione in un singolo chip. Questi IC tendono ad offrire un alto numero di GPIO, uscita PWM o analogica, e un ADC con alta profondità di bit e frequenza di campionamento. Questi SoC sono a basso costo e offrono una quantità significativa di funzionalità che in precedenza erano confinate a IC separati.

Un modulo Bluetooth 5.1 offre le stesse capacità, ma queste sono collocate su una scheda ospite insieme a un'antenna stampata. I principali produttori di punta hanno rilasciato questi moduli per i propri componenti, quindi otterrai lo stesso set di funzionalità indipendentemente dalla strada che prendi. Posizionare un modulo fornisce un pacchetto ben integrato e riduce il tempo di progettazione, solitamente con un oscillatore a bordo, anche se l'impronta e il profilo sono più grandi rispetto a un SoC. Il conteggio totale dei componenti sarà probabilmente lo stesso con entrambi i sistemi, e la vera differenza sorge in termini di spessore complessivo del prodotto, piuttosto che l'area coperta dal sistema.

Alcune capacità esemplificative a cui puoi accedere con un SoC o modulo Bluetooth 5.1 includono le seguenti:

• Angolo di arrivo (AoA) e angolo di partenza (AoD) rilevamento
• Velocità maggiore (circa 2 Mbps a breve distanza, inclusi gli overhead)
• Portata molto più lunga (200 m in linea di vista)
• Capacità di messaggio maggiore (255 byte inclusi gli overhead)
• Modelli e capacità di rete mesh
• Motore integrato per la generazione di numeri casuali utilizzando il rumore di sistema come entropia

I SoC Bluetooth 5.1 che ho esaminato includono un convertitore DC-DC integrato, che riduce ulteriormente il numero di componenti e l'ingombro. La tua principale considerazione è il profilo della scheda richiesto e se hai bisogno di progettare una scheda personalizzata. Se opti per la via flessibile, allora dovrai creare la tua scheda con un SoC, poiché i moduli attualmente sul mercato sono rigidi.

Lavorare con un Modulo Bluetooth 5.1

Un modulo può essere un po' ingombrante e dovrà essere attaccato allo strato superficiale di una scheda esistente, ma è un ottimo modo per integrare le capacità Bluetooth 5.1 nel tuo nuovo prodotto senza doverti preoccupare dell'integrità del segnale e degli aspetti di progettazione dell'antenna di una nuova scheda. Questi moduli di solito includono un'antenna stampata integrata direttamente sulla scheda. Utilizzeranno anche un SoC Bluetooth 5.1 standard.

Le linee guida per il layout di queste schede sono piuttosto semplici. Questi moduli sono montati in superficie, sebbene alcuni moduli meno costosi possano collegarsi tramite pin di intestazione. Poiché hai un segnale analogico inviato all'antenna e trasmesso lontano dalla scheda, dovresti posizionare la parte dell'antenna vicino al bordo della scheda madre per prevenire interferenze con altri componenti. Finché non utilizzi segnalazioni digitali estremamente veloci o analogiche sopra i 2,4 GHz, puoi fornire un adeguato disaccoppiamento per altri componenti con standard condensatori di disaccoppiamento/bypass. Fai attenzione a pianificare il tuo percorso di ritorno intorno al resto della scheda per prevenire che qualsiasi segnale digitale interferisca con la sezione analogica.

Lo stackup per la scheda madre dovrebbe essere di almeno 4 strati con segnali instradati su almeno 1 strato interno. Il piano di massa è generalmente specificato per trovarsi sullo strato superficiale per fornire un piano di immagine per l'antenna stampata. Lo stackup mostrato in esempio consente di posizionare componenti sul lato posteriore pur fornendo uno strato extra per l'instradamento. Il piano di massa fornisce anche una certa schermatura per questi componenti. In alternativa, puoi posizionare tutti i componenti sullo strato superiore, sebbene tu debba fornire un'adeguata distanza di sicurezza per la regione dell'antenna sul modulo.

Le avanzate funzionalità di progettazione PCB e gli strumenti di ricerca dei componenti dei produttori in Altium Designer rendono semplice aggiungere un SoC o modulo Bluetooth 5.1 al tuo nuovo dispositivo IoT. Sarai in grado di localizzare rapidamente i componenti di cui hai bisogno tramite una semplice ricerca di parti, e potrai importarli immediatamente nel tuo schema e layout. Avrai anche accesso alle funzionalità necessarie per pianificare il tuo prossimo prodotto per l'assemblaggio e la produzione in una singola piattaforma.

Ora puoi scaricare una prova gratuita di Altium Designer e scoprire di più sui migliori strumenti di layout, simulazione e pianificazione della produzione del settore. Parla oggi stesso con un esperto Altium per saperne di più.