Bluetooth 5.1 SoC a moduł: Który jest najlepszy dla Twojego projektu?

Lista funkcji dostępnych w Bluetooth właśnie się wydłużyła od czasu wydania Bluetooth 5.1. Producenci komponentów przenieśli tę mobilną technologię na wyższy poziom w urządzeniach IoT, integrując komunikację bezprzewodową z MCU do przetwarzania wbudowanego. To kolejny krok w ciągłym dążeniu do umieszczenia większej funkcjonalności w mniejszej przestrzeni.

Jeśli chcesz włączyć Bluetooth 5.1 SoC do swojego nowego produktu, masz dwie główne opcje wprowadzenia tego komponentu na swoją płytę. Pierwsza to jako SoC, który montuje się na twojej płycie tak jak każdy inny komponent. Druga opcja to wprowadzenie modułu na twoją nową płytę — bezpośrednio na warstwę powierzchniową. Oto, co musisz wiedzieć o Bluetooth 5.1 SoC lub module w twoim następnym produkcie IoT.

Funkcje w Bluetooth 5.1 SoC

Bluetooth 5.1 SoC jest zwykle montowany powierzchniowo na płytce w płaskim opakowaniu lub jako komponent BGA. Dostępne na rynku SoC integrują MCU z dość wysoką prędkością CPU i możliwościami transceivera w pojedynczym chipie. Te układy scalone zazwyczaj oferują dużą liczbę GPIO, wyjście PWM lub analogowe oraz ADC o wysokiej głębokości bitowej i szybkości próbkowania. Te SoC są niskokosztowe i oferują znaczną ilość funkcjonalności, która wcześniej była ograniczona do oddzielnych układów scalonych.

Moduł Bluetooth 5.1 oferuje te same możliwości, ale są one umieszczone na płytce głównej wraz z nadrukowaną anteną. Obecni czołowi producenci wypuścili te moduły dla swoich komponentów, więc otrzymasz ten sam zestaw funkcji, niezależnie od wybranej ścieżki. Umieszczenie modułu zapewnia ładnie zintegrowany pakiet i skraca czas projektowania, zazwyczaj z oscylatorem na pokładzie, chociaż ślad i profil są większe niż w przypadku SoC. Całkowita liczba komponentów prawdopodobnie będzie taka sama w obu systemach, a prawdziwa różnica pojawia się pod względem całkowitej grubości produktu, a nie obszaru zajmowanego przez system.

Niektóre przykładowe możliwości, do których można uzyskać dostęp z Bluetooth 5.1 SoC lub modułem, obejmują następujące:

• Kąt przybycia (AoA) i kąt odjazdu (AoD) wykrywanie
• Większa prędkość (około 2 Mbps na krótkim dystansie, wliczając narzut)
• Znacznie większy zasięg (200 m w linii prostej)
• Większa pojemność wiadomości (255 bajtów, wliczając narzut)
• Modele i możliwości sieci mesh
• Zintegrowany silnik do generowania liczb losowych wykorzystujący szum systemowy jako entropię

Układy SoC Bluetooth 5.1, na które patrzyłem, zawierają zintegrowany przetwornik DC-DC, co jeszcze bardziej redukuje liczbę komponentów i zajmowaną powierzchnię. Głównym czynnikiem do rozważenia jest wymagany profil płytki oraz to, czy potrzebujesz zaprojektować niestandardową płytę. Jeśli decydujesz się na elastyczną płytę, będziesz musiał stworzyć własną płytę z SoC, ponieważ obecnie dostępne na rynku moduły są sztywne.

Praca z modułem Bluetooth 5.1

Moduł może być nieco masywny i będzie musiał być przymocowany do warstwy powierzchniowej istniejącej płytki, ale to świetny sposób, aby wprowadzić możliwości Bluetooth 5.1 do nowego produktu, nie martwiąc się o integralność sygnału i aspekty projektowania anteny nowej płytki. Te moduły zazwyczaj zawierają zintegrowaną antenę drukowaną bezpośrednio na płytce. Będą również używać standardowego układu SoC Bluetooth 5.1.

Wytyczne dotyczące układu tych płyt są dość proste. Moduły te są montowane powierzchniowo, chociaż niektóre mniej kosztowne moduły mogą być połączone za pomocą pinów nagłówkowych. Ponieważ masz sygnał analogowy wysyłany do anteny i transmitowany z dala od płyty, powinieneś umieścić część antenową blisko krawędzi płyty głównej, aby zapobiec zakłóceniom z innymi komponentami. Dopóki nie używasz ekstremalnie szybkich sygnałów cyfrowych lub analogowych powyżej 2,4 GHz, możesz zapewnić wystarczające odcięcie dla innych komponentów za pomocą standardowych kondensatorów odsprzęgających/bypassujących. Bądź ostrożny, aby zaplanować swoją ścieżkę powrotną wokół reszty płyty, aby zapobiec zakłóceniom sygnałów cyfrowych z sekcją analogową.

Układ warstw dla płyty głównej powinien mieć co najmniej 4 warstwy, z sygnałami prowadzonymi na co najmniej jednej warstwie wewnętrznej. Warstwa masy jest zazwyczaj określana na warstwie powierzchniowej, aby zapewnić płaszczyznę obrazu dla drukowanej anteny. Przykładowy układ warstw pokazany powyżej pozwala na umieszczenie komponentów na odwrotnej stronie, jednocześnie zapewniając dodatkową warstwę do prowadzenia ścieżek. Warstwa masy zapewnia również pewną ochronę dla tych komponentów. Alternatywnie, możesz umieścić wszystkie komponenty na górnej warstwie, chociaż będziesz musiał zapewnić wystarczającą odległość dla regionu anteny na module.

Zaawansowane funkcje projektowania PCB oraz narzędzia do wyszukiwania części producenta w Altium Designer® ułatwiają dodanie modułu lub SoC Bluetooth 5.1 do Twojego nowego urządzenia IoT. Będziesz mógł szybko znaleźć potrzebne części za pomocą prostego wyszukiwania, a następnie natychmiast zaimportować je do swojego schematu i układu. Będziesz miał również dostęp do funkcji, które są potrzebne do planowania Twojego kolejnego produktu pod kątem montażu i produkcji na jednej platformie.

Teraz możesz pobrać darmową wersję próbną Altium Designer i dowiedzieć się więcej o najlepszych w branży narzędziach do układania, symulacji i planowania produkcji. Porozmawiaj z ekspertem Altium już dziś, aby dowiedzieć się więcej.