블루투스 디자인 가이드라인: 저에너지 디자인을 위한 중요 고려 사항

20대 때는 노트북을 들고 도시를 돌아다니는 것이 전혀 힘들지 않았습니다. 요즘에는 금방 지치고, 노트북을 들고 오랫동안 걸어다닌 후에는 마사지가 절실히 필요합니다. 그래서 저는 무거운 노트북 대신 가벼운 작업용 태블릿을 들고 다니는 것을 선호합니다. 기술은 클래식 블루투스 이후로 상당히 발전했습니다.

전자 기기에서 블루투스 저에너지(BLE)는 애플리케이션에 비슷한 역할을 합니다. 블루투스 칩이 소비하는 전력의 일부만을 사용하면서 짧은 데이터 버스트를 전송합니다. 효율성(그리고 편안함)을 위해 여행 중에 노트북을 두고 가는 제 선택처럼, 많은 데이터를 스트리밍하지 않을 때 저에너지가 더 효율적입니다.

블루투스 저에너지 기초

블루투스 기술이 무선 헤드폰을 현실로 만들었을 때, 저는 그것에 완전히 매료되었습니다. 가장 멋진 기술 중 하나라고 생각했습니다. 그럼에도 불구하고, 전통적인 블루투스 클래식 표준은 배터리 수명이 짧고 연결 안정성이 부족한 문제로 고통받습니다. 블루투스 저에너지는 이러한 문제들에 완벽한 해결책입니다.

블루투스 클래식 표준을 대체하는 대신, 블루투스 LE는 매우 낮은 전력 소비가 필요한 애플리케이션에서 그 전임자를 보완합니다. 장치가 연결되지 않은 경우, '수면' 모드에 있으므로 최소한의 전력만을 소비합니다. 연결을 설정하는 데는 단 몇 밀리초가 걸립니다.

블루투스 저에너지 장치는 수신기의 감도나 구조 손실과 같은 다른 요소에 따라 최대 100미터까지 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 블루투스 저에너지 기반 센서를 넓은 지역에 쉽게 배치할 수 있는 사물인터넷(IoT) 애플리케이션에 이상적입니다.

블루투스 저에너지의 채택은 낮은 전력 및 장거리 데이터 전송 문제를 해결함으로써 기존 전자 제품에서의 공백을 채우기 때문에 놀랍도록 빠르게 이루어졌습니다. IoT가 블루투스 LE의 구현을 밀어붙이고 있으므로, 블루투스 LE 디자인을 작업하기 시작하는 것은 시간 문제일 뿐입니다. 여기 블루투스 LE를 디자인에 구현하기 위한 몇 가지 팁이 있습니다.

BLE 모듈 또는 BLE가 내장된 마이크로컨트롤러

블루투스 저에너지를 통합하기 위해, 블루투스 LE 모듈이 있는 마이크로컨트롤러를 통합하거나 내장된 블루투스 저에너지 기능이 있는 마이크로컨트롤러를 사용할 수 있는 옵션이 있습니다. 블루투스 LE 모듈은 일반적으로 인증됩니다. 블루투스 LE 모듈을 사용하면 인증에 드는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

수백만 단위를 생산하는 경우, 내장된 블루투스 저에너지 기능을 갖춘 마이크로컨트롤러가 더 실현 가능한 옵션입니다. 낮은 생산 비용이 하드웨어 인증 비용을 상쇄합니다.

저전력 및 작은 데이터 패킷의 균형

블루투스 LE 모듈은 평균 1 μA에서 작동합니다. 이는 블루투스 클래식이 소비하는 전력의 단 10%에 불과합니다. 설계가 올바르게 이루어진 경우, 블루투스 LE 장치를 구동하는 단일 셀은 5년에서 10년까지 지속될 수 있습니다. 이를 염두에 두고, PCB의 다른 회로 보드 구성 요소의 전력 소비를 최소화하기 위해 모든 노력을 기울여야 합니다.

예를 들어, 블루투스 LE 모듈을 사용하는 설계에는 저전력 마이크로컨트롤러를 선택해야 합니다. 배터리 수명을 최대화하기 위해 LED와 같은 시각적 지시기는 피해야 합니다. 마이크로컨트롤러는 활성 상태가 아닐 때는 항상 깊은 수면 모드로 전환되어야 합니다.

블루투스 저에너지가 데이터를 짧은 데이터 패킷의 연속으로 전송한다는 점을 주목하는 것이 중요합니다. 블루투스 클래식과 달리, 대용량 데이터의 스트리밍을 지원하지 않습니다. 데이터 패킷의 지원되는 페이로드는 최대 37바이트입니다. 디자인이 대량의 데이터를 전송하는 것을 포함하는 경우, 펌웨어는 데이터를 전송하고 수신된 데이터 패킷을 재구성할 수 있을 정도로 지능적이어야 합니다.

블루투스 LE는 최소한의 전력을 소모합니다

블루투스 장치를 위한 PCB 레이아웃 가이드라인

블루투스 저에너지는 2.4GHz 주파수에서 작동합니다. 이 기술의 고주파 특성은 PCB가 세심하게 설계되어야 함을 요구합니다. 설계에 센서가 포함되어 있는 경우, 아날로그 신호와 블루투스 모듈을 인쇄 회로 기판의 별도 레이어에 두는 것이 가장 좋습니다.

최소한의 전력으로 작동하긴 하지만, 블루투스 PCB 디자인에 안정적이고 깨끗한 전압이 있어야 합니다. 1.0μF의 바이패스 커패시터를 추가하는 것이 안정적인 전압을 제공하는 데 도움이 됩니다. 그 외에도, 페라이트 비드를 사용하여 블루투스 LE 전원 공급 장치에서 발생하는 노이즈를 필터링할 수 있습니다.

어떤 경우에는 PCB 위에 Bluetooth LE의 안테나를 설계해야 할 수도 있습니다. RF 전문가일 필요는 없지만, 제조업체가 제안하는 대로 안테나를 설계해야 합니다. 대안으로, PCB 상의 공간이 제한적인 경우 칩 안테나를 사용할 수도 있습니다.

바이패스 캐패시터는 전원 공급을 안정화하는 데 도움이 됩니다.

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