Bluetooth 5.1 SoC とモジュール：どちらがあなたの設計に最適ですか？

Bluetooth 5.1のリリース以来、Bluetoothで利用可能な機能のリストが少し長くなりました。コンポーネントメーカーは、無線通信をMCUと統合して組み込み処理を行うことで、このモバイル技術をIoTデバイス向けに次のレベルへと引き上げました。これは、より小さなフットプリントにより多くの機能を詰め込むという継続的な取り組みの中での、また一つのステップです。

新製品にBluetooth 5.1 SoCを組み込みたい場合、このコンポーネントをボードに取り入れるための主な選択肢が2つあります。一つは、他のコンポーネントと同様にボードに取り付けるSoCとしてです。もう一つの選択肢は、モジュールを新しいボードの表面層に直接取り入れることです。次のIoT製品でBluetooth 5.1 SoCまたはモジュールを使用する際に知っておくべきことはこちらです。

Bluetooth 5.1 SoCの機能

Bluetooth 5.1 SoCは、通常、フラットパッケージまたはBGAコンポーネントとして基板に表面実装されます。市場に出ているSoCは、MCUを高速CPUとトランシーバー機能を備えた単一のチップに統合しています。これらのICは、高いGPIO数、PWMまたはアナログ出力、そして高ビット深度およびサンプルレートを持つADCを提供する傾向があります。これらのSoCは低コストであり、以前は別々のICに限定されていた大量の機能を提供します。

Bluetooth 5.1モジュールはこれらと同じ機能を提供しますが、これらはプリントアンテナと一緒にホストボード上に配置されます。現在の最先端のメーカーは、これらのモジュールを自社のコンポーネント用にリリースしているので、どちらのルートを取るかに関わらず同じ機能セットを得ることができます。モジュールを配置することは、きれいに統合されたパッケージを提供し、通常はオンボードオシレーターを備えており、設計時間を短縮しますが、フットプリントとプロファイルはSoCよりも大きくなります。総コンポーネント数は両システムでおそらく同じになりますが、実際の違いはシステムによって占められる領域ではなく、全体的な製品の厚さに関して生じます。

Bluetooth 5.1 SoCまたはモジュールでアクセスできるいくつかの例示的な機能には、以下が含まれます：

• 到着角(AoA)および出発角(AoD)検出
• 高速（オーバーヘッドを含む短距離で約2Mbps）
• はるかに長い範囲（視界200m）
• 大きなメッセージ容量（オーバーヘッドを含む255バイト）
• メッシュネットワーキングモデルと機能
• システムノイズをエントロピーとして使用する乱数生成のための統合エンジン

私が見たBluetooth 5.1 SoCには、さらに部品数とフットプリントを削減するDC-DCコンバータが統合されています。主な考慮事項は、必要なボードプロファイルとカスタムボードを設計する必要があるかどうかです。フレックスルートを行く場合は、市場に出回っているモジュールが硬直しているため、独自のボードをSoCを使用して作成する必要があります。

Bluetooth 5.1モジュールの使用

モジュールは少し大きくなり、既存のボードの表面層に取り付ける必要がありますが、新しいボードの信号整合性やアンテナ設計の側面を心配することなく、新製品にBluetooth 5.1機能を導入する素晴らしい方法です。これらのモジュールには通常、ボード上に直接統合された印刷アンテナが含まれています。また、標準のBluetooth 5.1 SoCを使用します。

これらのボードのレイアウトガイドラインは比較的シンプルです。これらのモジュールは表面実装されていますが、一部の安価なモジュールはヘッダーピンを介して接続される場合があります。アンテナにアナログ信号が送信され、ボードから離れて送信されるため、他のコンポーネントとの干渉を防ぐために、アンテナ部分をホストボードの端近くに配置する必要があります。非常に高速なデジタル信号を使用していない限り、または2.4 GHzを超えるアナログを使用していない限り、標準のデカップリング/バイパスコンデンサで他のコンポーネントに十分なデカップリングを提供できます。ボードの残りの部分を囲むようにリターンパスを計画することに注意してください。これにより、デジタル信号がアナログセクションと干渉するのを防ぎます。

ホストボードのスタックアップは、少なくとも4層であり、少なくとも1つの内部層で信号がルーティングされるべきです。グラウンドプレーンは通常、表面層に配置され、印刷アンテナのイメージプレーンを提供するように指定されます。上記の例示スタックアップは、裏面にコンポーネントを配置しながらも、ルーティング用の追加層を提供します。グラウンドプレーンはこれらのコンポーネントに対してある程度のシールドも提供します。代わりに、すべてのコンポーネントをトップレイヤーに配置することもできますが、モジュールのアンテナ領域に十分なクリアランスを提供する必要があります。

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