快速、安全、有效地設(shè)計(jì)低功耗藍(lán)牙信標(biāo)的幾大考量因素

引言

　　信標(biāo)技術(shù)正在幫助一切事物實(shí)現(xiàn)新的商業(yè)模式，從自動(dòng)售貨機(jī)到除雪機(jī)、除草器。許多之前從未使用過(guò)無(wú)線技術(shù)的原始設(shè)備制造商(OEM)現(xiàn)在正在采用藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)，并將信標(biāo)(Beacon)添加到自己的產(chǎn)品中。對(duì)他們而言，這可能會(huì)很簡(jiǎn)單，但更有可能的是他們會(huì)遇到一些挑戰(zhàn)。

　　1硬件構(gòu)建模塊

　　一款包含信標(biāo)的產(chǎn)品可以由一片無(wú)線系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)或一個(gè)模塊，以及一塊電池和一個(gè)機(jī)械防護(hù)外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)。但它很可能會(huì)包括其它組件，例如按鈕、LED、壓電式蜂鳴器、傳感器和簧片開關(guān)等。一個(gè)帶有所有這些特性的、預(yù)先經(jīng)過(guò)認(rèn)證的模塊，提供了最快的產(chǎn)品上市時(shí)間;同時(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，采用分離SoC的設(shè)計(jì)可以提供尺寸或成本上的節(jié)省。

　　圖1 典型的、預(yù)認(rèn)證的低功耗藍(lán)牙(BLE)信標(biāo)模塊和藍(lán)牙SoC參考設(shè)計(jì)

　　英文解釋：

　　Chip antenna 芯片天線 supply by-pass caps 電源旁路的線帽

　　LC of the DCDC LC的DCDC

　　Chip antenna impedance matching芯片天線的匹配阻抗

　　HF XTAL and components HF XTAL和組件

　　LF XTAL and components LF XTAL和組件

　　BGM113 Blue gecko bluetooth smart module BGM113 Gecko藍(lán)牙智能模塊

　　Antenna connector 天線連接器

　　antenna impedance matching 天線匹配阻抗

　　Supply decoupling 電源去耦

　　DCDC inductor 直流電感

　　Blue gecko bluetooth smart module Gecko藍(lán)牙智能模塊

　　2軟件

　　選擇一款已廣泛部署且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的藍(lán)牙協(xié)議棧是至關(guān)重要的。通常來(lái)說(shuō)，與針對(duì)新的先進(jìn)特性所做出的任何承諾相比，這種在市場(chǎng)上已取得的成功顯得更為重要。市場(chǎng)上的成功標(biāo)志著良好的客戶支持和穩(wěn)定的協(xié)議棧，這二者都會(huì)幫助你快速進(jìn)入市場(chǎng)。

　　特別是對(duì)于信標(biāo)來(lái)說(shuō)，協(xié)議能夠有效地管理睡眠模式是十分重要的。通常情況下，信標(biāo)約使用1%的生命周期來(lái)廣播自己的“廣告”數(shù)據(jù)包;而其余99%中的絕大多數(shù)時(shí)間都處于深度睡眠模式。對(duì)于這兩種狀態(tài)而言，擁有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、節(jié)能的協(xié)議棧顯然是非常重要的。

　　3信標(biāo)應(yīng)用代碼

　　如果開發(fā)人員使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的藍(lán)牙編程工具，那么編寫信標(biāo)代碼也可以非常簡(jiǎn)單。Silicon Labs的BGScript是一款十分成熟的軟件抽象工具。它是一種簡(jiǎn)單、高級(jí)，像BASIC一樣的編程語(yǔ)言，允許開發(fā)人員快速開發(fā)自己的藍(lán)牙應(yīng)用。圖2是用于BGM111的BGScript示例代碼，顯示了可發(fā)揮實(shí)際作用的iBeacon的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。代碼只有38行，其中大部分是代碼注釋。雖然這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子，但其功能和簡(jiǎn)便性是顯而易見的。

　　圖2 用于BGM111低功耗藍(lán)牙模塊的BGScript iBeacon 示例代碼

　　4 電池壽命

　　和任何產(chǎn)品一樣，信標(biāo)的電池容量與功耗之間的對(duì)比決定了其工作壽命。在這里，信標(biāo)的發(fā)射功率和發(fā)出信標(biāo)的間隔起著重要的作用。但是必須做出一些權(quán)衡和取舍。

　　 長(zhǎng)的發(fā)射距離會(huì)縮短電池壽命(高發(fā)射功率)，但是提供了更廣的覆蓋范圍;

　　 短的發(fā)射距離限制了覆蓋范圍，但是也許適合于小范圍接近應(yīng)用;

　　 短的信標(biāo)發(fā)送間隔帶來(lái)更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而可以得到更好的位置近似值;

　　 長(zhǎng)的信標(biāo)發(fā)送間隔延長(zhǎng)了電池壽命，但是也許會(huì)被掃描器徹底錯(cuò)過(guò)。

　　圖3 一款信標(biāo)的平均電池巡航時(shí)間取決于發(fā)射功率和其發(fā)射/睡眠占空比

　　圖4 一個(gè)典型的低功耗藍(lán)牙廣告事件中的電流分布圖(ADV PDU)

        Silicon Labs供稿