Linee Guida per il Design Bluetooth: Considerazioni Importanti per i Progetti a Basso Consumo

Quando avevo vent'anni, potevo facilmente portare in giro il mio laptop per la città senza alcun segno di fatica. Oggi, mi stanco rapidamente e cerco un bel massaggio dopo lunghi periodi a camminare con il mio laptop. Ecco perché preferisco portare con me tablet da lavoro più leggeri invece del mio ingombrante laptop. La tecnologia è cresciuta parecchio da quando esisteva solo il classico Bluetooth.

Nell'elettronica, il Bluetooth Low Energy (BLE) fa qualcosa di simile per le applicazioni. Trasmette brevi raffiche di dati consumando solo una frazione dell'energia consumata da un chip Bluetooth. Come la mia scelta di lasciare il laptop a casa quando viaggio per una questione di efficienza (e comfort), l'energia bassa è più efficiente quando non si trasmettono grandi quantità di dati.

Principi Base del Bluetooth Low Energy

Quando la tecnologia Bluetooth ha reso possibile le cuffie wireless, ne ero ossessionato. Pensavo fosse una delle tecnologie più cool in assoluto. Tuttavia, gli standard classici del Bluetooth Classic sono afflitti da problemi, inclusa la breve durata della batteria e la mancanza di stabilità della connessione. Il Bluetooth a basso consumo è la soluzione perfetta a questi problemi.

Invece di sostituire gli standard del Bluetooth Classic, il Bluetooth LE integra il suo predecessore in applicazioni che richiedono un consumo di energia molto basso. A meno che i dispositivi non siano connessi, rimangono in modalità ‘sleep’, consumando quindi il minimo di energia. Ci vogliono solo pochi millisecondi per stabilire una connessione.

I dispositivi Bluetooth a basso consumo sono in grado di trasmettere dati fino a 100 metri, soggetti ad altri fattori come la sensibilità del ricevitore o la perdita di struttura. Questo lo rende ideale per le applicazioni Internet delle Cose (IoT), dove i sensori basati su Bluetooth a basso consumo possono essere facilmente dispiegati su un'ampia area.

L'adozione del Bluetooth a basso consumo è stata sorprendentemente rapida, poiché colma una lacuna nell'elettronica esistente affrontando i problemi di basso consumo energetico e trasferimento dati a lunga distanza. Con l'IoT che spinge l'implementazione del Bluetooth LE, è solo questione di tempo prima che inizi a lavorare con un design Bluetooth LE. Ecco alcuni consigli per implementare il Bluetooth LE nel tuo design.

Modulo BLE o un Microcontrollore con BLE

Per incorporare il Bluetooth a basso consumo, hai l'opzione di integrare un microcontrollore con un modulo Bluetooth LE o usare un microcontrollore con una funzionalità Bluetooth a basso consumo integrata. I moduli Bluetooth LE sono solitamente certificati. Usare il modulo Bluetooth LE ti fa risparmiare tempo e denaro sulla certificazione.

Se stai producendo centinaia di migliaia di unità, un microcontrollore con funzionalità Bluetooth a basso consumo integrata è l'opzione più praticabile. Il minor costo di produzione compensa il costo per ottenere la certificazione del tuo hardware.

Equilibrare il Basso Consumo e i Pacchetti di Dati Più Piccoli

Un modulo Bluetooth LE opera in media a 1 μA. Questo rappresenta solo il 10% dell'energia consumata dal Bluetooth Classico. Quando progettato correttamente, una singola cella che alimenta il dispositivo Bluetooth LE potrebbe durare tra i 5 e i 10 anni. Con questo in mente, ogni sforzo dovrebbe essere fatto per minimizzare il consumo di energia su altri componenti della scheda del PCB.

Ad esempio, per un design che utilizza un modulo Bluetooth LE dovrebbe essere selezionato un microcontrollore a basso consumo. Indicatori visivi come i LED dovrebbero essere evitati per massimizzare la durata della batteria. Il microcontrollore dovrebbe sempre essere messo in modalità di sonno profondo quando non è attivo.

È importante anche notare che il Bluetooth a basso consumo trasmette dati in brevi raffiche di pacchetti dati. A differenza del Bluetooth Classic, non supporta lo streaming di grandi quantità di dati. Il payload supportato del pacchetto dati è fino a 37 byte. Se il tuo progetto prevede l'invio di grandi blocchi di dati, il firmware deve essere abbastanza intelligente da trasmettere i dati e ricostruire i pacchetti dati ricevuti.

Il Bluetooth LE consuma una potenza minima

Linee guida per il layout del PCB per il tuo dispositivo Bluetooth

Il Bluetooth a basso consumo opera nella frequenza di 2.4Ghz. La natura ad alta frequenza della tecnologia richiede che il PCB sia progettato con cura. Quando il tuo progetto coinvolge sensori, è meglio mantenere i segnali analogici e il modulo Bluetooth su strati separati del Circuito Stampato.

Sebbene funzioni con una potenza minima, è importante che il design del PCB Bluetooth disponga di una tensione stabile e pulita. L'aggiunta di condensatori di bypass da 1.0μF aiuta a fornire una tensione stabile. Oltre a ciò, le perle di ferrite possono anche essere utilizzate per filtrare i rumori provenienti dal dispositivo di alimentazione del Bluetooth LE.

In alcuni casi, potresti aver bisogno di progettare l'antenna del Bluetooth LE sul PCB. Anche se non è necessario essere un esperto di RF, dovresti progettare l'antenna secondo quanto suggerito dal produttore. In alternativa, potresti ricorrere a un'antenna a chip se hai spazio limitato sul tuo PCB.

Un condensatore di bypass aiuta a stabilizzare l'alimentazione.

Utilizzando software di progettazione PCB con accesso a un ampio catalogo di componenti e contenuti di progettazione illimitati, puoi integrare senza problemi il Bluetooth LE nel tuo prossimo progetto. Quando hai bisogno di accedere a uno strumento di layout PCB facile da usare che include tutto il necessario per costruire circuiti stampati di alta qualità e fabbricabili, non cercare oltre CircuitMaker. In aggiunta al software di progettazione PCB facile da usare, tutti gli utenti di CircuitMaker hanno accesso a uno spazio personale sulla piattaforma Altium 365. Puoi caricare e memorizzare i tuoi dati di progettazione nel cloud, e puoi facilmente visualizzare i tuoi progetti tramite il tuo browser web in una piattaforma sicura.

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