Bluetooth 5.1 SoC so với Module: Loại nào Tốt nhất cho Thiết kế của Bạn?

Danh sách các tính năng có sẵn trong Bluetooth vừa được mở rộng thêm một chút kể từ khi Bluetooth 5.1 được phát hành. Các nhà sản xuất linh kiện đã đưa công nghệ di động này lên một tầm cao mới cho các thiết bị IoT bằng cách tích hợp comms không dây với một MCU để xử lý nhúng. Đây chỉ là một bước tiếp theo trong nỗ lực liên tục nhằm tích hợp nhiều chức năng hơn vào một không gian nhỏ hơn.

Nếu bạn muốn tích hợp một SoC Bluetooth 5.1 vào sản phẩm mới của mình, bạn có hai lựa chọn chính để đưa linh kiện này vào bo mạch của mình. Lựa chọn đầu tiên là như một SoC được gắn vào bo mạch của bạn giống như bất kỳ linh kiện nào khác. Lựa chọn khác là đưa một mô-đun vào bo mạch mới của bạn—trực tiếp lên lớp bề mặt. Dưới đây là những điều bạn cần biết về SoC hoặc mô-đun Bluetooth 5.1 trong sản phẩm IoT tiếp theo của bạn.

Tính năng trong một SoC Bluetooth 5.1

Một SoC Bluetooth 5.1 thường được gắn trên bảng mạch bằng cách sử dụng gói phẳng hoặc thành phần BGA. Các SoC trên thị trường tích hợp một MCU với tốc độ CPU khá cao và khả năng truyền dẫn vào một chip duy nhất. Những IC này thường cung cấp số lượng GPIO cao, đầu ra PWM hoặc analog, và một ADC với độ sâu bit và tốc độ lấy mẫu cao. Những SoC này có giá thấp và cung cấp một lượng chức năng đáng kể mà trước đây chỉ có trong các IC riêng biệt.

Một mô-đun Bluetooth 5.1 cung cấp những khả năng tương tự, nhưng những khả năng này được đặt trên một bảng chủ cùng với một ăng-ten in. Các nhà sản xuất hàng đầu hiện nay đã phát hành những mô-đun này cho các thành phần của chính họ, vì vậy bạn sẽ nhận được cùng một bộ tính năng bất kể bạn chọn con đường nào. Việc đặt một mô-đun cung cấp một gói tích hợp đẹp và giảm thời gian thiết kế của bạn, thường đi kèm với một dao động ký trên bo mạch, mặc dù kích thước và hồ sơ lớn hơn so với một SoC. Tổng số thành phần có thể sẽ giống nhau với cả hai hệ thống, và sự khác biệt thực sự phát sinh về tổng độ dày của sản phẩm, chứ không phải là diện tích mà hệ thống chiếm.

Một số khả năng mà bạn có thể truy cập với một SoC hoặc mô-đun Bluetooth 5.1 bao gồm những điều sau:

• Góc đến (AoA) và góc đi (AoD) phát hiện
• Tốc độ nhanh hơn (khoảng 2 Mbps ở phạm vi ngắn bao gồm overhead)
• Phạm vi xa hơn nhiều (200 m tầm nhìn trực tiếp)
• Dung lượng tin nhắn lớn hơn (255 byte bao gồm overhead)
• Mô hình và khả năng mạng lưới mesh
• Động cơ tích hợp cho việc tạo số ngẫu nhiên sử dụng nhiễu hệ thống như entropy

Các SoC Bluetooth 5.1 mà tôi đã xem xét bao gồm một bộ chuyển đổi DC-DC tích hợp, giúp giảm thêm số lượng linh kiện và diện tích. Điều quan trọng cần xem xét là hồ sơ bo mạch yêu cầu và liệu bạn có cần thiết kế một bo mạch tùy chỉnh hay không. Nếu bạn đi theo hướng linh hoạt, thì bạn sẽ cần tạo ra bo mạch của riêng mình với SoC vì các mô-đun hiện có trên thị trường là cứng.

Làm việc với Mô-đun Bluetooth 5.1

Một mô-đun có thể hơi cồng kềnh và sẽ cần được gắn vào lớp bề mặt của một bo mạch hiện có, nhưng đây là cách tuyệt vời để mang khả năng Bluetooth 5.1 vào sản phẩm mới của bạn mà không cần lo lắng về tính toàn vẹn tín hiệu và các khía cạnh thiết kế ăng-ten của một bo mạch mới. Những mô-đun này thường bao gồm một ăng-ten in tích hợp trực tiếp trên bo mạch. Chúng cũng sẽ sử dụng một SoC Bluetooth 5.1 tiêu chuẩn.

Hướng dẫn bố trí cho các loại bảng mạch này khá đơn giản. Các mô-đun này được gắn trên bề mặt, mặc dù một số mô-đun ít tốn kém hơn có thể được kết nối qua các chân cắm. Khi bạn có tín hiệu tương tự được gửi đến ăng-ten và truyền đi từ bảng mạch, bạn nên đặt phần ăng-ten gần mép của bảng mạch chủ để tránh sự can thiệp với các thành phần khác. Miễn là bạn không sử dụng tín hiệu số cực nhanh hoặc tín hiệu tương tự trên 2.4 GHz, bạn có thể cung cấp đủ sự giảm nhiễu cho các thành phần khác với các tụ điện giảm nhiễu/chặn tiêu chuẩn . Hãy cẩn thận kế hoạch đường dẫn trở về xung quanh phần còn lại của bảng mạch để tránh bất kỳ tín hiệu số nào can thiệp vào phần tương tự.

Bố cục xếp chồng cho bảng mạch chủ nên có ít nhất 4 lớp với tín hiệu được định tuyến trên ít nhất 1 lớp bên trong. Mặt phẳng nối đất thường được chỉ định nằm trên lớp bề mặt để cung cấp một mặt phẳng ảnh cho ăng-ten in. Bố cục xếp chồng được hiển thị ở trên cho phép các thành phần được đặt ở mặt sau trong khi vẫn cung cấp một lớp thêm cho việc định tuyến. Mặt phẳng nối đất cũng cung cấp một số sự che chắn cho các thành phần này. Ngoài ra, bạn có thể đặt tất cả các thành phần trên lớp trên cùng, mặc dù bạn sẽ cần phải cung cấp đủ khoảng cách cho khu vực ăng-ten trên mô-đun.

Các tính năng thiết kế PCB tiên tiến và công cụ tìm kiếm linh kiện của nhà sản xuất trong Altium Designer® giúp việc thêm một SoC hoặc mô-đun Bluetooth 5.1 vào thiết bị IoT mới của bạn trở nên dễ dàng. Bạn sẽ có thể nhanh chóng tìm thấy các linh kiện bạn cần thông qua tìm kiếm linh kiện đơn giản, và bạn có thể ngay lập tức nhập chúng vào sơ đồ và bố trí của mình. Bạn cũng sẽ có quyền truy cập vào các tính năng bạn cần để lên kế hoạch cho sản phẩm tiếp theo của mình cho việc lắp ráp và sản xuất trên một nền tảng duy nhất.

Giờ đây bạn có thể tải về bản dùng thử miễn phí của Altium Designer và tìm hiểu thêm về các công cụ lập kế hoạch bố trí, mô phỏng và sản xuất tốt nhất trong ngành. Nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay để tìm hiểu thêm.