Bluetooth 5.1 SoC está diseñado para reducir el tamaño y el costo del diseño

Bluetooth Low Energy ha jugado un papel fundamental en la revolución de IoT, en particular para la comunicación inalámbrica de corto alcance en dispositivos en los que la duración de la batería es fundamental. La llegada de los rastreadores de actividad física y los relojes inteligentes ha impulsado aún más el mercado de Bluetooth.

Un dispositivo Bluetooth ( Fig. 1 ) consta de un host y un controlador. La pila de Bluetooth y la aplicación actual se realizan en el host, mientras que las operaciones de banda base se realizan en el controlador, que admite Bluetooth clásico (BR / EDR) o de bajo consumo (BLE). Ambos se comunican a través de la interfaz host-controlador (HCI).

Fig 1:Diagrama de bloques de la arquitectura de modo dual y monomodo de Bluetooth.

BLE es la designación utilizada para las extensiones especiales que comenzaron con la versión 4. Las versiones 4.1 y 4.2 han proporcionado mejoras menores, pero es con la versión 5 que las actualizaciones principales llegaron con una alta velocidad de datos y bajo consumo de energía.

Bluetooth 5 se anunció en la segunda mitad de 2016, promocionando una velocidad de transferencia de 2 MB / s, un rango de cobertura de 240 metros y un consumo de energía reducido. Pero estos desarrollos aún no fueron suficientes para mantenerse al día con la conectividad inalámbrica de próxima generación.

Así, el mismo Grupo de Interés Especial (SIG) Bluetooth anunció especificaciones para el nuevo Bluetooth 5.1 a finales de 2018. La innovación más importante es la capacidad de Bluetooth 5.1 para funcionar también como localizador, con un grado de precisión de unos pocos metros. . La especificación Bluetooth 5.1 ofrece dos métodos diferentes para identificar la posición de los dispositivos dentro del espacio:ángulo de llegada (AoA) y ángulo de salida (AoD).

En la actualidad, la mayoría de los dispositivos portátiles funcionan con Bluetooth Low Energy. Esta tecnología se considera una solución de bajo costo que requiere muy poca energía. El producto puede funcionar con una pequeña batería durante meses o incluso años en algunos casos. Dialog Semiconductor ha introducido lo que define como el SoC Bluetooth 5.1 más pequeño y de mayor eficiencia energética, el DA14531 . El nuevo módulo adjunto también simplifica el desarrollo de productos Bluetooth y permite mayores posibilidades de adopción para aplicaciones de IoT.

El chip SmartBond TINY se basa en el núcleo ARM Cortex M0 + de 32 bits con memorias integradas y un conjunto completo de periféricos analógicos y digitales. Su implementación tiene como objetivo resolver los problemas de costos crecientes para los diseños de dispositivos de IoT al permitir una reducción en el tamaño general del sistema mientras se mantiene un alto rendimiento. Dialog diseñó el SoC para reducir los costos de agregar funcionalidad BLE a tan solo $ 0.50 en grandes volúmenes.

El pequeño tamaño hace que el SoC sea adecuado para cualquier diseño con limitaciones de espacio, como lápices electrónicos, etiquetas para estantes, balizas o etiquetas RFID activas para el seguimiento de activos. El SoC también se puede utilizar en aplicaciones que requieren aprovisionamiento, como cámaras, impresoras y enrutadores inalámbricos.

El DA14531 también extiende la conectividad inalámbrica a aplicaciones en el campo médico conectado. Los ejemplos incluyen inhaladores, dispensadores de medicamentos, básculas, termómetros y glucómetros. ( Figura 2 ).

Fig 2:Diagrama de bloques del DA14531.

Alojado en paquetes tan pequeños como 2.0 x 1.7 mm, el SmartBond Tiny tiene aproximadamente la mitad del tamaño de sus predecesores, según Dialog. El SoC requiere solo seis componentes externos, una sola fuente de reloj y una fuente de alimentación para crear un sistema Bluetooth completo de baja energía ( Fig. 3 ). Esto permite a los desarrolladores adaptar el chip a casi cualquier diseño de monitoreo de recursos de RF.

“Los componentes externos son realmente limitados, por lo que se requieren dos condensadores. El inductor de potencia se puede omitir bajo ciertas condiciones ”, dijo Adrie Van Meijeren, gerente de marketing de productos para las Américas, Bluetooth Low Energy, en Dialog Semiconductor.

Fig. 3:Diagrama del sistema alimentado por celdas de batería alcalina:configuración de refuerzo.

El módulo garantiza una larga vida útil y durabilidad, incluso con baterías pequeñas, y permite a los clientes aprovechar la nueva arquitectura como parte del desarrollo del producto, en lugar de tener que certificar sus plataformas, lo que ahorra tiempo, esfuerzos de desarrollo y costos. El convertidor CC / CC integrado del DA14531 permite un amplio voltaje de funcionamiento de 1,1 V a 3,3 V.

“En cuanto a las baterías y el convertidor CC / CC, podemos trabajar con cualquier tipo de batería de 1,4 V / 1,5 voltios junto a baterías de 3 V como las de tipo botón. Y debido a que tenemos ese convertidor elevador integrado a bordo, eso brinda un ahorro de costos. La eficiencia de CC / CC depende un poco de la calidad de su inductor, pero puede obtener una eficiencia de alrededor del 85% ”, dijo Van Meijeren.

“La función DC / DC es importante, especialmente para baterías desechables. Estas baterías desechables, muy a menudo, tienen una capacidad muy pequeña, como 15 miliamperios-hora. Y si el convertidor DC / DC está arrancando, hay un pico de corriente cargando el inductor y los condensadores, y tenemos un limitador de corriente que puedes configurar entre 6 mA y 96 mA, y eso nos permite empezar con cualquier batería, sea lo que sea. la condición ", agregó.

Con el bajo consumo de energía de Bluetooth Low Energy, las aplicaciones pueden funcionar con una batería pequeña durante cuatro o cinco años. Esto es vital para aplicaciones que solo necesitan un intercambio periódico de pequeñas cantidades de datos.

Dialog también ofrece el kit de desarrollo DA14531 SmartBond TINY , que integra el SoC DA14531 Bluetooth Low Energy. Gracias a dos interfaces de encabezado mikroBUS y una interfaz Arduino, el sistema ofrece una funcionalidad ampliada ( Fig. 4 ).

Fig. 4:DA14531 SmartBond TINY Development Kit Pro.

Utilizado actualmente por alrededor de 8.2 mil millones de dispositivos en todo el mundo, desde teléfonos inteligentes hasta computadoras portátiles, Bluetooth es el jugador principal en nuestra vida tecnológica cotidiana. Cisco ha pronosticado que más de 50 mil millones de estos dispositivos inteligentes estarán en uso para 2020, y que Bluetooth SIG admitirá hasta un tercio de estos dispositivos.

Con miles de millones de dispositivos inteligentes habilitados para BLE en el mercado, la lista de aplicaciones para este protocolo es ilimitada. Para la selección del BLE, es necesario tener en cuenta una serie de atributos:factor de forma, especificaciones eléctricas, funcionalidad deseada, herramientas de desarrollo de software y soporte técnico.