Руководящие принципы проектирования Bluetooth: Важные аспекты для разработки с низким энергопотреблением

В мои двадцать я без труда носил свой ноутбук по городу и не чувствовал усталости. Сейчас я быстро устаю и после долгих прогулок с ноутбуком мечтаю о хорошем массаже. Поэтому я предпочитаю носить с собой легкие рабочие планшеты вместо громоздкого ноутбука. Технологии значительно продвинулись с момента появления классического Bluetooth.

В электронике Bluetooth Low Energy (BLE) выполняет похожую функцию для приложений. Он передает короткие порции данных, потребляя лишь долю энергии, необходимой чипу Bluetooth. Как и мой выбор оставить ноутбук дома в путешествиях ради эффективности (и удобства), низкое энергопотребление более эффективно, когда вам не нужно передавать большие объемы данных.

Основы Bluetooth Low Energy

Когда технология Bluetooth сделала беспроводные наушники реальностью, я был в восторге. Мне казалось, это одна из самых крутых технологий. Тем не менее, стандарты классического Bluetooth страдают от ряда проблем, включая короткое время работы батареи и нестабильность соединения. Bluetooth Low Energy является идеальным решением этих проблем.

Вместо того, чтобы заменять стандарты Bluetooth Classic, Bluetooth LE дополняет своего предшественника в приложениях, требующих очень низкого энергопотребления. Если устройства не подключены, они остаются в режиме «сна», потребляя минимальное количество энергии. Установление соединения занимает всего несколько миллисекунд.

Устройства Bluetooth низкого энергопотребления способны передавать данные на расстояние до 100 метров, в зависимости от других факторов, таких как чувствительность приемника или потери в структуре. Это делает их идеальными для Интернета вещей (IoT), где датчики на основе Bluetooth низкого энергопотребления могут быть легко развернуты на большой территории.

Принятие Bluetooth низкого энергопотребления произошло удивительно быстро, поскольку оно заполняет пробел в существующей электронике, решая проблемы низкого энергопотребления и передачи данных на большие расстояния. С развитием IoT и внедрением Bluetooth LE, это лишь вопрос времени, когда вы начнете работать с дизайном на основе Bluetooth LE. Вот несколько советов по внедрению Bluetooth LE в ваш дизайн.

Модуль BLE или микроконтроллер с BLE

Для интеграции Bluetooth низкого энергопотребления у вас есть возможность интегрировать микроконтроллер с модулем Bluetooth LE или использовать микроконтроллер с встроенной функцией Bluetooth низкого энергопотребления. Модули Bluetooth LE обычно сертифицированы. Использование модуля Bluetooth LE позволяет вам сэкономить время и деньги на сертификации.

Если вы производите сотни тысяч единиц, микроконтроллер с встроенной функцией Bluetooth Low Energy является более предпочтительным вариантом. Низкая стоимость производства компенсирует затраты на сертификацию вашего оборудования.

Баланс между низким энергопотреблением и малыми данными

Модуль Bluetooth LE работает в среднем с током 1 мкА. Это всего лишь 10% от энергопотребления Bluetooth Classic. При правильном проектировании одна батарея, питающая устройство Bluetooth LE, может прослужить от 5 до 10 лет. Исходя из этого, необходимо приложить все усилия для минимизации потребления энергии другими компонентами печатной платы.

Например, для дизайна, использующего модуль Bluetooth LE, следует выбрать микроконтроллер с низким энергопотреблением. Визуальные индикаторы, такие как светодиоды, следует избегать для максимизации срока службы батареи. Микроконтроллер всегда должен переходить в режим глубокого сна, когда он не активен.

Также важно отметить, что Bluetooth Low Energy передает данные короткими порциями данных пакетов. В отличие от Bluetooth Classic, он не поддерживает передачу больших объемов данных. Поддерживаемый размер полезной нагрузки данных составляет до 37 байт. Если ваша разработка включает отправку больших блоков данных, прошивка должна быть достаточно умной, чтобы передавать данные и восстанавливать полученные пакеты данных.

Bluetooth LE потребляет минимальное количество энергии

Рекомендации по размещению компонентов на печатной плате для вашего устройства Bluetooth

Bluetooth Low Energy работает на частоте 2.4 ГГц. Высокочастотная природа технологии требует, чтобы печатная плата была разработана с осторожностью. Когда ваша разработка включает датчики, лучше всего размещать аналоговые сигналы и модуль Bluetooth на отдельных слоях печатной платы.

Хотя он работает на минимальной мощности, важно, чтобы дизайн печатной платы Bluetooth имел стабильное и чистое напряжение. Добавление обходных конденсаторов на 1.0 мкФ помогает обеспечить стабильное напряжение. Кроме того, ферритовые бусины также могут использоваться для фильтрации шумов от устройства питания Bluetooth LE.

В некоторых случаях вам может потребоваться спроектировать антенну Bluetooth LE на печатной плате. Хотя вам и не нужно быть экспертом в области РЧ, вы должны спроектировать антенну в соответствии с рекомендациями производителя. В качестве альтернативы, если у вас ограниченное пространство на печатной плате, вы можете использовать чиповую антенну.

Байпасный конденсатор помогает стабилизировать питание.

Используя программное обеспечение для проектирования печатных плат с доступом к обширной базе компонентов и неограниченному количеству проектного контента, вы можете без проблем интегрировать Bluetooth LE в свой следующий проект. Когда вам нужен простой в использовании инструмент для размещения элементов на печатной плате, который включает все необходимое для создания качественных производственных плат, не ищите ничего, кроме CircuitMaker. В дополнение к простому в использовании программному обеспечению для проектирования печатных плат, все пользователи CircuitMaker имеют доступ к личному рабочему пространству на платформе Altium 365. Вы можете загружать и хранить данные своих проектов в облаке, а также легко просматривать свои проекты через веб-браузер на защищенной платформе.

Начните использовать CircuitMaker сегодня и следите за новинками CircuitMaker Pro от Altium.