圖1:休眠模式占空比
一款用紐扣電池就可10年待機(jī)的藍(lán)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(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,設(shè)計(jì)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(yīng)用中,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)十年目標(biāo)。
如果應(yīng)用程序只能利用240mAh的能量,則無線設(shè)備必須將大部分時間用于睡眠,僅偶爾喚醒以進(jìn)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(guān)重要。
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(dá)50m)工作的電池供電應(yīng)用,藍(lán)牙LE無線電技術(shù)是首選。對于超過1000m的遠(yuǎn)距離傳輸,安森美半導(dǎo)體的AXM0F243無線微控制器支持Sub 1GHz軟件定義無線電(SDR)技術(shù)。
廣告模式
藍(lán)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(shè)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)。
圖2:藍(lán)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(lán)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?yàn)榭蛇B接事件也旨在接收傳入的傳輸。所得的功率分析儀測量結(jié)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(lán)牙LE協(xié)議棧,并運(yùn)行一個內(nèi)部計(jì)時器來喚醒自己。
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(shí)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(jì)算假設(shè)使用240mA CR2032紐扣電池和5字節(jié)的PDU。
圖4:使用RSL10 SIP應(yīng)用的實(shí)際電池壽命
對于更長距離的無線傳輸,安森美半導(dǎo)體的AXM0F243窄帶SoC實(shí)現(xiàn)153dB的鏈路預(yù)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)。
圖5:基于AXM0F243 SoC的遠(yuǎn)程應(yīng)用的實(shí)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(dá)到10年的電池壽命。
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