Diseñar con Bluetooth Mesh:¿Chip o módulo?

Hasta este punto, esta serie de artículos ha cubierto una descripción general de la malla Bluetooth y cómo seleccionar un dispositivo para una aplicación. En esta última entrega, discutiremos si se deben usar dispositivos discretos o un módulo en un diseño.

La decisión de utilizar dispositivos discretos o un módulo tiene un impacto muy alto en el éxito del producto. Bluetooth Mesh está habilitando IoT y conectando innumerables cosas de forma inalámbrica que estaban previamente conectadas o no conectadas en absoluto. Un ejemplo perfecto sería una bombilla. La mayoría de las bombillas fabricadas para aplicaciones de consumo se controlaban mediante un interruptor de pared. Agregar conectividad Bluetooth Mesh a estos dispositivos requiere una experiencia que nunca existió internamente.

En resumen, los fabricantes nuevos en la conectividad inalámbrica se enfrentan a la decisión de invertir mucho en el desarrollo de su propia experiencia inalámbrica o implementar Bluetooth Mesh como un módulo independiente y concentrar los recursos en la experiencia funcional. Las siguientes secciones exploran las complejidades introducidas por la conectividad inalámbrica y cómo tomar la decisión correcta al seleccionar entre un módulo y una solución discreta para sus productos.

Al agregar Bluetooth Mesh a un producto, el costo y la complejidad del sistema final se ven afectados por factores como la complejidad del diseño de la placa, las certificaciones reglamentarias, la calificación, la declaración y el listado de Bluetooth. Repasemos cada uno de estos uno por uno.

Diseño de productos habilitados para Bluetooth Mesh con dispositivos discretos

Diseñar una placa para Bluetooth Mesh requiere experiencia en el diseño de placas de RF. Específicamente, Bluetooth Mesh requiere una antena y una red correspondiente. Estos añaden complejidad al diseño de la placa. Se necesitan un diseño de antena y una distancia al suelo adecuados para lograr una buena ganancia de antena. Se necesitan componentes relacionados con la fuente de alimentación, como un condensador de desacoplamiento. El enrutamiento eficiente es fundamental para el funcionamiento estable del sistema, y ​​se necesita un cuidado especial para garantizar que estos circuitos no interfieran con el rendimiento de la antena. Los relojes / cristales también necesitan una atención especial. Cualquier variación en la frecuencia puede provocar la pérdida de paquetes, lo que afectará el rendimiento y la eficiencia energética.

Para manejar todas estas complejidades, se necesitan diseñadores de placas de RF con experiencia. Mantener la experiencia interna en diseño de RF puede resultar costoso, ya que las habilidades necesarias son bastante especializadas. Además, la placa puede requerir varios giros y puede proporcionar el rendimiento requerido.

El próximo desafío después del diseño de la junta es cumplir con las certificaciones reglamentarias. Todos los productos Bluetooth Mesh deben recibir una o más certificaciones regulatorias de RF según los países en los que se venderán. Estas certificaciones garantizan que los niveles de radiación se encuentran dentro de los límites aceptables y también que la frecuencia de funcionamiento no se encuentra dentro de ninguna banda de frecuencia prohibida.

Casi todos los países tienen su propio organismo regulador de certificación de RF. Para vender un producto Bluetooth Mesh en los Estados Unidos, el producto debe obtener la certificación de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Para Europa, el producto debe obtener la certificación CE (Conformité Européene). Japón requiere MIC (Ministerio de Asuntos Internos y Comunicaciones), mientras que Canadá requiere ISED (Innovación, Ciencia y Desarrollo Económico), anteriormente conocida como certificación IC (Industria de Canadá).

Si el producto cumple con los requisitos de RF para estas cuatro certificaciones reglamentarias, es probable que también cumpla con los requisitos reglamentarios para todos los demás países. Sin embargo, cada una de estas certificaciones requiere una cantidad significativa de pruebas. Las pruebas se realizan en laboratorios aprobados por estos organismos reguladores, lo que significa que no solo la certificación, sino también la falla, tiene un precio. Por ejemplo, si la placa falla, es necesario realizar cambios en el diseño / componentes de la placa y luego llevarla al laboratorio nuevamente. Para cada producto Bluetooth Mesh, esta certificación puede costar más de $ 20,000 si se realiza correctamente la primera vez. Más allá del costo de la certificación, el lanzamiento del producto se retrasará en función del tiempo adicional invertido durante cada ronda de certificación. En este mercado competitivo, el tiempo de comercialización es esencial para el éxito.

Los productos Bluetooth Mesh deben someterse a pruebas en una instalación de prueba calificada por Bluetooth SIG para poder utilizar la marca comercial Bluetooth. La calificación del producto garantiza que los productos sean interoperables con otros dispositivos Bluetooth Mesh. Además, la declaración y el listado son necesarios para asegurar los derechos legales de usar la marca Bluetooth en el producto y comercializarlo como un producto Bluetooth Mesh.

Diseño de productos habilitados para Bluetooth Mesh con un módulo

Antes de adentrarnos en las ventajas y desventajas de usar un módulo en un diseño, repasemos rápidamente qué es un módulo y qué ofrece. Los módulos se ofrecen generalmente de forma amplia en términos de tamaño, tipo de antena y costo. Los módulos integran la mayoría o todos los componentes clave necesarios para el funcionamiento del dispositivo Bluetooth Mesh mientras logran el rendimiento requerido para la aplicación. El uso de un módulo elimina la complejidad del diseño del diseño de RF. Existe un costo adicional por usar un módulo, en comparación con la construcción de una solución discreta, pero los módulos son la forma más rápida y sencilla de agregar conectividad Bluetooth Mesh a un producto si no hay experiencia interna.

La mayor ventaja de usar un módulo es que el diseñador del sistema puede aprovechar la experiencia que el fabricante del módulo ha aprendido y ganado durante años. Esta experiencia puede ser extensa, dado que los módulos se utilizan en múltiples productos en múltiples industrias. En resumen, los diseñadores de sistemas pueden acceder a toda la experiencia del fabricante sin tener que realizar una inversión inicial en el desarrollo de una experiencia de RF interna.

Tenga en cuenta que algunos módulos están completamente certificados y eliminan la molestia y el costo que implica obtener las certificaciones reglamentarias requeridas. Para algunos diseños, un pequeño cambio en el diseño o componente de la placa significa una recertificación completa.

Selección entre módulo y solución discreta

Los módulos son atractivos para todas las aplicaciones desde el punto de vista de I + D y certificación. La compensación es que tienen un costo adicional en comparación con los dispositivos discretos. Tradicionalmente, los OEM utilizan el punto de equilibrio para determinar si comprar o construir. Este número equilibra el mayor costo por tabla en comparación con la inversión en tiempo y dinero de desarrollar experiencia interna.

Debido a la complejidad y los diversos costos involucrados, los módulos Bluetooth Mesh pueden ser efectivos hasta volúmenes en el rango de 250K unidades. Para volúmenes más altos, un enfoque basado en dispositivos discretos suele ser más económico. Sin embargo, para muchos fabricantes de equipos originales, el precio no es la única consideración. En general, agregar conectividad puede no ser tan importante en sistemas que son complejos o requieren algunas certificaciones específicas de la aplicación. El OEM preferiría mantener los recursos de ingeniería enfocados en el verdadero valor agregado de la empresa. También existe la consideración adicional de lo que se necesitará para mantener la capacidad de actualización futura de la conectividad y la placa vuelve a girar y las certificaciones que siguen.

Para cualquier producto nuevo para el que los volúmenes iniciales son impredecibles, generalmente es una buena idea comenzar con un módulo. Esto mantiene bajas las inversiones. Si aumenta el volumen del producto, el producto puede migrar a una solución basada en dispositivos discretos. Si esta es la estrategia, es importante seleccionar un módulo que proporcione una ruta de transición fácil a dispositivos discretos.

Si el módulo y el IC de malla Bluetooth son proporcionados por diferentes proveedores, la migración puede requerir diferentes herramientas de desarrollo, lo que aumenta la complejidad necesaria para realizar cambios en el firmware. Seleccionar un proveedor que fabrique tanto IC como el módulo proporciona una ventaja significativa. En la mayoría de los casos, también garantizan que tanto la solución basada en dispositivos discretos como el módulo utilicen las mismas herramientas de desarrollo y el mismo kit de desarrollo de software. Por lo tanto, es posible que el firmware no necesite ningún cambio para completar esta migración. Esto significa que solo necesita una repetición de la tabla y una certificación para reducir el costo de sus productos.

Por ejemplo, Cypress proporciona IC y módulos en varios tamaños y opciones de antena. La solución discreta y los módulos basados ​​en ese IC son compatibles con la misma herramienta de desarrollo, lo que proporciona una ruta perfecta para la migración. Por ejemplo, la siguiente tabla muestra el ejemplo de CYW20819, un dispositivo Bluetooth Mesh, de Cypress y cómo se compara con su módulo respectivo.

CYW20819CYBT213043-02 (módulo basado en CYW20819) Kit de desarrollo de software (SDK) BT SDKBT SDK Entorno de desarrollo integrado (IDE) ModusToolbox ^TM Modus Caja de herramientas Potencia de transmisión 4 dBm 4 dBm Antena No PCB Cristal de 24 MHz No Sí Certificaciones reglamentarias No FCC, ISED, MIC, CE

Como se muestra en la tabla, tanto el IC como el módulo son compatibles con el mismo SDK e IDE, lo que facilita el cambio entre el módulo y los dispositivos discretos sin una inversión adicional en el firmware. Al mismo tiempo, el módulo es compatible con todas las funciones del dispositivo y ofrece todas las ventajas como el cristal y la antena integrados y las certificaciones reglamentarias.

Los módulos totalmente certificados pueden ser un punto de partida para todos los productos Bluetooth Mesh. Para <250K unidades, es probable que la solución basada en módulos sea más económica en comparación con un diseño basado en dispositivos discretos. Para volúmenes más altos, el diseño basado en dispositivos discretos puede ser más rentable, pero requiere una experiencia significativa para desarrollarse internamente o con un costo de subcontratación. Si comienza con un módulo, es importante seleccionar un módulo que proporcione una ruta de migración fácil a dispositivos discretos a medida que aumentan los volúmenes.

Lea los artículos anteriores de la serie "Diseño con Bluetooth Mesh":
Parte 1:Nodos y tipos de funciones
Parte 2:Comunicaciones de nodo
Parte 3:Privacidad y seguridad
Parte 4:Requisitos del dispositivo