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一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC

發(fā)布時間:2020-12-17 來源:作者:安森美市場經(jīng)理Bob Card 責任編輯:lina

【導讀】在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應用中,設計工程師的最終挑戰(zhàn)是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。

在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應用中,設計工程師的最終挑戰(zhàn)是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。
 
這并非易事,大多數(shù)廉價的紐扣電池只能提供約240mAh的容量。但是,本設計說明表明,通過選擇具有低睡眠模式的無線片上系統(tǒng)(SoC),有可能在短距離和長距離無線連接上實現(xiàn)十年目標。
 
如果應用程序只能利用240mAh的能量,則無線設備必須將大部分時間用于睡眠,僅偶爾喚醒以進行無線傳輸(請參見圖1)。例如,7 ms的喚醒時間,5s的發(fā)送間隔和每小時120次無線傳輸動作的占空比為0.14%的喚醒時間和99.86%的休眠模式。這說明了為什么無線電SoC在休眠模式下消耗非常低的功率至關重要。
 
 
一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
圖1:休眠模式占空比
 
對于通過短距離或中距離鏈路(通常長達50m)工作的電池供電應用,藍牙LE無線電技術是首選。對于超過1000m的遠距離傳輸,安森美半導體的AXM0F243無線微控制器支持Sub 1GHz軟件定義無線電(SDR)技術。
 
廣告模式
 
藍牙LE無線電使用2.4GHz頻段,擁有40個頻道,間隔為2MHz。其中保留了三個RF通道(37、38和39)用于廣告功能,這些功能允許發(fā)現(xiàn)附近的設備。通道0-36保留用于數(shù)據(jù)傳輸。廣告頻道占據(jù)頻譜的不同部分,以抵消來自802.11或Wi-Fi無線電傳輸?shù)母蓴_(參見圖2)。
 
一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
圖2:藍牙LE廣告頻道(來源:Accton Marketing)
 
廣告包的數(shù)據(jù)單元稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU),具有兩字節(jié)的報頭,用于指定數(shù)據(jù)有效載荷的類型和長度,最多37字節(jié)(廣告地址為6字節(jié),數(shù)據(jù)為31字節(jié))。
 
可連接和不可連接的傳輸
 
藍牙LE廣告數(shù)據(jù)包可以是“可連接的”或“不可連接的”。圖3顯示了通過功率分析儀測量的安森美RSL10片上系統(tǒng)(SIP)無線SoC的操作,并顯示了可連接(左)和不可連接(右)廣告事件,均在0dbm發(fā)射功率下。
 
雖然兩個事件都使用通道37、38和39,并且持續(xù)7毫秒,但可連接事件包括每個通道的接收脈沖。這是有道理的,因為可連接事件也旨在接收傳入的傳輸。所得的功率分析儀測量結果揭示了每種傳輸類型的平均電流:可連接事件為711.624µA,不可連接事件為504.307µA。
 
此外,RSL10 SIP的深度睡眠電流為160nA,RAM中保留了16kbytes的數(shù)據(jù)以用于藍牙LE協(xié)議棧,并運行一個內(nèi)部計時器來喚醒自己。
 
一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
圖3:傳輸可連接和不可連接數(shù)據(jù)包的功耗
 
RSL10 SIP電池壽命
 
圖4證明,在上述條件下,基于RSL10 SIP的系統(tǒng)的實際電池壽命從2.5s廣告間隔的可連接傳輸?shù)?0.97年到5s廣告間隔的不可連接傳輸?shù)?7.26年。這些計算假設使用240mA CR2032紐扣電池和5字節(jié)的PDU。
 
一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
圖4:使用RSL10 SIP應用的實際電池壽命
 
對于更長距離的無線傳輸,安森美半導體的AXM0F243窄帶SoC實現(xiàn)153dB的鏈路預算,并且在915MHz頻率下以30dB的衰減工作時,可以傳輸37公里(23英里)的距離。對于1.1公里范圍內(nèi)的傳輸,AXM0F243可以超過所需的10年電池壽命(見圖5)。
 
一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
圖5:基于AXM0F243 SoC的遠程應用的實際電池壽命
 
因此,使用正確的無線電SoC,完全有可能在短距離或長距離范圍內(nèi)達到10年的電池壽命。
 
 
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