Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Ako vyvinúť Sellable Bluetooth Low-Energy (BLE) produkt

Máte nápad, ktorý by ste chceli uviesť na trh? V tejto sérii, John Teel prechádza procesom škálovania z prototypu na výrobu. Sledujte každú splátku, aby ste sa bližšie oboznámili s tým, ako začleniť jednotlivé komponenty.


Ak plánujete vyvinúť nový elektronický produkt, ktorý potrebuje bezdrôtovo prenášať a prijímať malé množstvá dát, potom neexistuje lepšie riešenie ako Bluetooth Low-Energy (BLE). Hoci nie je všeobecne dostatočne rýchly na streamovanie audia alebo videa, alebo na prenos veľkého množstva dát, BLE je ideálny pre aplikácie, ktoré potrebujú miernu úroveň prenosu dát.

Nenechajte sa zmiasť termínom „nízkoenergetický“, pretože je to skvelé bezdrôtové riešenie aj v prípade, že životnosť batérie nie je kritická. Bluetooth Low-Energy (tiež nazývaný Bluetooth Smart) je najjednoduchšia a najnižšia cena za bezdrôtové funkcie, ktorá sa dá implementovať do nového produktu.

Na rozdiel od Bluetooth Classic, Bluetooth Low-Energy je jednočipové riešenie. Riešenia BLE používajú to, čo je známe ako System-on-a-Chip (SoC). Riešenie BLE čipu zahŕňa ako RF transceiver, tak aj mikrokontrolér, ktorý prevádzkuje Bluetooth stack (firmware) všetko v jednom čipe. Bluetooth Classic je na druhej strane komplexnejšie riešenie s dvoma čipmi: transceiverový čip a samostatný mikrokontrolérový čip.

BLE nie je len menej komplexný bezdrôtový protokol na implementáciu, ale je tiež podstatne lacnejší. Jednou z najväčších nákladov na vývoj technológie Bluetooth Classic sú náklady na softvérový balík, ktorý je nutné zakúpiť samostatne. Táto cena zásob je zvyčajne najmenej 10 000 USD vopred, plus licenčný poplatok za jednotku za každú predanú jednotku.

Na druhej strane, s BLE je zásobník už zabudovaný do SoC, takže vaša jediná cena je samotný čip. Čip BLE stojí len okolo $ 1 až $ 2 USD (v objemoch aspoň 1k jednotiek). Plán na ďalšie $ 1 až $ 2 pre všetky podporné komponenty (kryštál, kondenzátory, anténa, atď.), Ktoré vyžaduje čip BLE.

Napríklad Ardunio 101 obsahuje čipové riešenie (Nordic NRF51822). Pre viac dosiek s BLE môžete vyhľadávať v našom návode na porovnanie dosiek.

Modul verzus Chip Solution

Pre väčšinu bezdrôtových technológií je najlepšie začať s použitím modulového riešenia namiesto vlastného diskrétneho čipového riešenia. Modul Bluetooth LE vám ušetrí veľké počiatočné náklady potrebné na certifikáciu FCC.

Úspora nákladov pri používaní modulu pre BLE však nie je taká drastická ako pri iných bezdrôtových protokoloch. Je to preto, že pre Bluetooth LE je zásobník už zabudovaný do čipu, takže nie sú žiadne dodatočné náklady na zásobník.Napriek tomu obchádza FCC certifikáciu (alebo aspoň najdrahšiu časť volal úmyselný radiátor) je stále významnou výhodou pre použitie modulového riešenia pre BLE. Moduly tiež eliminujú potrebu ladenia antény, čo vám ušetrí pár tisíc dolárov.

Pre Bluetooth Classic sú náklady na riešenie modulov spravidla podstatne vyššie ako diskrétne riešenie. Väčšina vývojárov je však pôvodne ochotná absorbovať nafúknuté jednotkové náklady, aby znížila svoje počiatočné náklady.

Ďalšou výhodou BLE je, že modul stojí len o niekoľko dolárov viac ako diskrétne riešenie. V skutočnosti, pre väčšinu produktov budete potrebovať objemy najmenej 500k jednotiek predtým, než sa stane ekonomickejším používať čip cez modul.

Akonáhle dosiahnete objemy, ktoré sú vysoké a rozhodnete sa migrovať na čipové riešenie, je to pomerne jednoduchá zmena dizajnu, najmä ak používate rovnaký čip, ktorý sa používa vo vašom module.

Nižšie uvedená tabuľka zobrazuje niekoľko najobľúbenejších riešení čipov BLE.

odovzdaná sila

MCU

Trvalá pamäť

Komentáre

Dialóg DA14580 / 3

0 dBm

Cortex-M0

32kB / 128kB

Ultra nízky výkon.

Cypress PSoC

3 dBm

Cortex-M0

256kB

Dobré riešenie. Iba ponúknuť cenovo dostupné čipy a moduly.

Qualcomm CSR101x

7,5 dBm

proprietárne

externý

Najlepší vysielací výkon. Mesh.

Severské nRF51822

4 dBm

Cortex-M0

512 kB

Veľmi nízky prúd. Vysoký vysielací výkon.

Nordic nRF52832

4 dBm

Cortex-M4

512kB

Najrýchlejší MCU. Nízky prúd. Vysoký vysielací výkon.

TI CC2541

0 dBm

8051

256kB

Založené na starom 8-bitovom MCU.

TI CC2650

5 dBm

Cortex-M3

128 kB

Dobrý vysielací výkon. Dobrý MCU.

Atmel ATBTLC1000

3 dBm

Cortex-M0

externý

K dispozícii je najnižší výkonový čip.

Anténny dizajn

Ak nepoužívate modul so vstavanou anténou, jedným z najdôležitejších aspektov vášho návrhu bude anténa. Pre tento produkt existujú všeobecne dva typy antén: keramická anténa a anténa pre sledovanie.

Výhody keramickej antény sú menšie rozmery a zjednodušené ladenie. Všetky bezdrôtové zariadenia musia mať naladenú anténu pre maximálny výkon (maximálny dosah). Tuning je pomerne komplikovaný proces, ktorý vyžaduje veľmi drahé vybavenie, takže tuning je spravidla outsourcovaný firmám špecializujúcim sa na RF tuning.

Anténny obvod zvyčajne používa pi-sieť na prispôsobenie (t.j. ladenie) antény. Hodnota kondenzátorov a induktorov použitých v pi-sieti je upravená tak, aby optimalizovala ladenie antény. Ak rozsah nie je pre aplikáciu mimoriadne dôležitý, potom čipová anténa nevyžaduje nevyhnutne ladenie pre BLE, prinajmenšom pre skoré testovanie.

Stopová anténa je navrhnutá do samotnej dosky plošných spojov (PCB). Primárnou výhodou antény pre sledovanie PCB je zníženie nákladov. V skutočnosti, pretože anténa je jednoducho PCB stopa anténa je v podstate zadarmo.

Avšak čipové antény sú pomerne lacné, takže všeobecne odporúčam čipové antény aspoň na začiatku. Keď výrobok dosiahne skutočne vysoké výrobné objemy, môžete zvážiť výmenu čipovej antény s anténou PCB, aby ste znížili náklady a zvýšili ziskové marže.

PCB antény sú zložitejšie naladiť a môžu vyžadovať viac revízií PCB na optimalizáciu ladenia. Zmeny v PCB môžu mať tiež výraznejší vplyv na výkon antény v porovnaní s čipovou anténou.

zhrnutie

Bluetooth Low-Energy je fantastická technológia. Je to hlavne kvôli jeho jednoduchosti a samozrejme je to veľmi nízka spotreba energie. Takže pre váš produkt nezabudnite zvážiť BLE pred inými zložitejšími bezdrôtovými technológiami.

Vytvoril som podrobnú tabuľku porovnávajúcu osem čipov Bluetooth Low-Energy, ktoré sú v súčasnosti na trhu. Zahŕňa tiež moduly dostupné na základe každého čipu a odhadovaných cien. Môžete si ho stiahnuť zadarmo.

Podiel

Zanechať Komentár