Bluetooth 5.1 SoC vs. Módulo: Qual é o Melhor para o Seu Projeto?

A lista de recursos disponíveis no Bluetooth acaba de aumentar com o lançamento do Bluetooth 5.1. Os fabricantes de componentes levaram essa tecnologia móvel para o próximo nível em dispositivos IoT, integrando comunicações sem fio com um MCU para processamento embutido. Este é apenas mais um passo no esforço contínuo para incorporar mais funcionalidades em um espaço menor.

Se você deseja incorporar um SoC Bluetooth 5.1 ao seu novo produto, tem duas opções principais para trazer esse componente para a sua placa. A primeira é como um SoC que se monta na sua placa como qualquer outro componente. A outra opção é trazer um módulo para a sua nova placa — diretamente na camada superficial. Aqui está o que você precisa saber sobre um SoC ou módulo Bluetooth 5.1 no seu próximo produto IoT.

Recursos em um SoC Bluetooth 5.1

Um SoC Bluetooth 5.1 é tipicamente montado na superfície de uma placa em um pacote plano ou como um componente BGA. Os SoCs disponíveis no mercado integram um MCU com velocidade de CPU razoavelmente alta e capacidades de transceptor em um único chip. Esses ICs tendem a oferecer uma alta contagem de GPIO, saída PWM ou analógica, e um ADC com alta profundidade de bits e taxa de amostragem. Esses SoCs são de baixo custo e oferecem uma quantidade significativa de funcionalidades que anteriormente estavam confinadas a ICs separados.

Um módulo Bluetooth 5.1 oferece essas mesmas capacidades, mas esses são colocados em uma placa hospedeira ao lado de uma antena impressa. Os fabricantes de ponta atuais lançaram esses módulos para seus próprios componentes, então você obterá o mesmo conjunto de recursos, independentemente da rota que escolher. Colocar um módulo fornece um pacote bem integrado e reduz o seu tempo de design, geralmente com um oscilador a bordo, embora a pegada e o perfil sejam maiores do que um SoC. A contagem total de componentes provavelmente será a mesma em ambos os sistemas, e a diferença real surge em termos de espessura total do produto, em vez da área abrangida pelo sistema.

Algumas capacidades de exemplo que você pode acessar com um SoC ou módulo Bluetooth 5.1 incluem o seguinte:

• Ângulo de chegada (AoA) e ângulo de partida (AoD) detecção
• Velocidade mais rápida (cerca de 2 Mbps em curto alcance incluindo overhead)
• Alcance muito maior (200 m em linha de visão)
• Capacidade de mensagem maior (255 bytes incluindo overhead)
• Modelos e capacidades de rede em malha
• Motor integrado para geração de números aleatórios usando ruído do sistema como entropia

Os SoCs Bluetooth 5.1 que examinei incluem um conversor DC-DC integrado, o que reduz ainda mais a contagem de componentes e a pegada. Sua principal consideração é o perfil de placa necessário e se você precisa projetar uma placa personalizada. Se você está seguindo a rota flexível, então você precisará criar sua própria placa com um SoC, pois os módulos atualmente no mercado são rígidos.

Trabalhando com um Módulo Bluetooth 5.1

Um módulo pode ser um pouco volumoso e precisará ser anexado à camada superficial de uma placa existente, mas é uma ótima maneira de trazer capacidades Bluetooth 5.1 para o seu novo produto sem ter que se preocupar com integridade de sinal e aspectos de design de antena de uma nova placa. Esses módulos geralmente incluem uma antena impressa integrada diretamente na placa. Eles também usarão um SoC Bluetooth 5.1 padrão.

As diretrizes de layout para essas placas são relativamente simples. Esses módulos são montados na superfície, embora alguns módulos menos caros possam se conectar através de pinos de cabeçalho. Como você tem um sinal analógico sendo enviado para a antena e transmitido para fora da placa, você deve colocar a parte da antena perto da borda da placa hospedeira para evitar interferência com outros componentes. Contanto que você não esteja usando sinalização digital extremamente rápida ou analógica acima de 2,4 GHz, você pode fornecer desacoplamento suficiente para outros componentes com capacitores de desacoplamento/bypass padrão. Tenha cuidado para planejar seu caminho de retorno ao redor do resto da placa para evitar que quaisquer sinais digitais interfiram na seção analógica.

O empilhamento para a placa hospedeira deve ter pelo menos 4 camadas, com sinais roteados em pelo menos 1 camada interna. A camada de terra geralmente é especificada para ficar na camada superficial para fornecer um plano de imagem para a antena impressa. O empilhamento de exemplo mostrado acima permite que componentes sejam colocados no lado de trás enquanto ainda fornece uma camada extra para roteamento. A camada de terra também fornece alguma blindagem para esses componentes. Alternativamente, você pode colocar todos os componentes na camada superior, embora você precise fornecer espaço suficiente para a região da antena no módulo.

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