優化BLE應用以實現最小能耗運行是一項挑戰。了解BLE協議和底層的係統級芯片（SoC）架構對於延長電池壽命至關重要。其中對BLE工作模式（例如廣播和睡眠）的見解尤其重要。通過向堆棧提供正確的輸入以及利用BLE SoC的硬件功能
，我們可以采用多種不同的方法來最小化整個係統的功耗。

 

在藍牙通信中，BLE已保護了大量的連接設備插座（socket）。而在無線設計中選擇BLE的最關鍵原因之一在於它的普及性，這要歸功於它在智能手機中的廣泛部署以及能夠延長電池使用壽命的能力。由於大多數物聯網（IoT）終端節點都由電池供電，因此較長的電池壽命就顯得極為珍貴。

 

盡管是眾所周知的事情，但還是要強調選擇BLE器qi件jian時shi首shou先xian要yao評ping估gu其qi文wen檔dang。雖sui然ran最zui初chu的de數shu據ju挖wa掘jue過guo程cheng看kan起qi來lai微wei不bu足zu道dao
，但dan是shi很hen快kuai你ni就jiu會hui發fa現xian半ban導dao體ti器qi件jian數shu據ju手shou冊ce的de比bi較jiao過guo程cheng將jiang是shi一yi項xiang相xiang當dang複fu雜za的de任ren務wu。

 

例如
，考慮無線SoC的接收或發送模式中的工作電流。許多BLE SoC文檔顯示的電流消耗為幾毫安。例如，Silicon Labs的EFR32BG22 SoC在0 dBm時的射頻接收電流為2.6 mA，發射電流為3.5 mA。請注意，這些數字僅與SoC RF收發器有關。而在SoC級別，這些電流都會稍高一些


，分別為3.6 mA和4.1 mA。一個常見的錯誤是僅依靠SoC電流消耗（current drain）的射頻數字（radio numbers）來做判斷。器件文檔首頁的數據通常要通過對數據手冊進行全麵分析才能得以驗證。

 

另一個例子是數據手冊中顯示的以微安/兆赫（μA/MHz）為單位的CPU功耗。在密集計算應用中

，該數值會成為決定性的選擇標準。當然，這一數值通常指的是CPU在最高頻率時的最佳情況。換句話說
，當SoC CPU的工作頻率與製造商數據手冊中指定的頻率不同時，數據手冊中顯示的數值可能會被證明是非常不準確的。

 

disangelizishishendushuimiandianliu，zheduiyudianchigongdiandezhongduanchanpinzhiguanzhongyao。gaishuzhitongchangzaishubainaanzhijiweianzhijian。feichangzhongyaodeshi
，xuquebaoshendushuimiandianliudeshuzhiyubaoliudeRAM大小相關，並且包含實時時鍾（RTC）電流消耗。RTC與精確的睡眠時鍾源結合在一起是為了維持BLE正常工作所需的時序。對於EFR32BG22 SoC
，其數據手冊的首頁提到了在EM2模式中深度睡眠電流為1.40 µA，保留的RAM為32 KB
，同時RTC從LXCO（低頻晶體振蕩器）產生。更多信息可以參考該數據手冊的電流消耗部分。

 

因此
，數據手冊中的功耗數值缺乏標準化可能會造成錯誤的比較，最終可能導致選擇錯誤的器件。

 

了解應用需求

 

評估BLE SoCshikaolvyingyongxuqiuhenzhongyao。daduoshugongyingshangdoushituyifuzerendetaidulaizhanshitamenqijiandeshuzhi，danshiduiyuyigekenengyaozhichiduozhongbutongyingyongdeqijianeryan，suotigongdeshuzhixianranbukenengshihesuoyouyingyonganli。zaizhezhongqingkuangxia
，zhongduanyingyongdezhishijiubiandezhiguanzhongyao。

 

選擇BLE SoC時shi，工gong作zuo電dian流liu和he睡shui眠mian電dian流liu是shi關guan鍵jian指zhi標biao。必bi須xu將jiang這zhe些xie電dian流liu數shu值zhi置zhi入ru與yu應ying用yong環huan境jing緊jin密mi匹pi配pei的de模mo型xing中zhong，以yi產chan生sheng對dui平ping均jun功gong耗hao的de合he理li評ping估gu。此ci類lei模mo型xing通tong常chang包bao括kuo開kai/關占空比，我們知道低占空比更適合使用具有最低深度睡眠電流的SoC，而高占空比則更適合具有最低工作電流的SoC。

 

另一個重要參數可能是終端產品的環境溫度。BLE SoC在25℃時的漏電流與85℃或更高溫度時的漏電流明顯不同。高溫下的漏電流是工業應用中的關鍵選擇標準，例如子計量表（sub-metering），因為其需要在高溫下確保電池壽命。

應用的另一個重要元素在於所使用的電池技術類型（在電池供電的終端產品中）。電池要為集成在最新BLE SoC中的片上DC-DC轉換器供電。使用DC-DC轉換器將顯著降低整個SoC的工作電流消耗。一些複雜的SoC可能會為射頻和CPU集成獨立的DC-DC轉換器。這種做法提供了一種優化的解決方案，但趨勢顯然是隻使用一個轉換器，從而最小化SoC的成本。

 

圖2：EFR32BG22是集成了一個片上DC-DC轉換器的BLE SoC的例子。使用dc-dc轉換器將顯著降低整個SoC的工作電流消耗。一些複雜的SoC可能會為射頻和CPU集成獨立的dc-dc轉換器。這種做法提供了一種優化的解決方案，但趨勢顯然是隻使用一個轉換器
，從而最小化SoC的成本。

 

最後，了解如何使用片內或片外存儲器也很重要。BLE終端節點的一個常見需求是執行軟件的無線（OTA）更(geng)新(xin)。根(gen)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)固(gu)件(jian)映(ying)像(xiang)的(de)大(da)小(xiao)，使(shi)用(yong)外(wai)接(jie)閃(shan)存(cun)可(ke)能(neng)成(cheng)本(ben)更(geng)低(di)。但(dan)事(shi)實(shi)證(zheng)明(ming)，其(qi)增(zeng)加(jia)的(de)功(gong)耗(hao)和(he)潛(qian)在(zai)的(de)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)可(ke)能(neng)比(bi)使(shi)用(yong)片(pian)上(shang)閃(shan)存(cun)要(yao)高(gao)得(de)多(duo)。對(dui)OTA更新進行詳細分析將有助於確定最合適的內存物料清單。

 

近年來，BLE SoC大幅降低了總工作電流消耗
，同時保持了更低的深度睡眠電流。原因是矽技術從較大的尺寸（0.18 µm，90 nm和65 nm）遷移到了更優化的工藝節點（55 nm和40 nm）。采用40 nm節點
，再加上集成片上dc-dc轉換器，極大地降低了EFR32BG22 SoC的總體電流消耗。

 

例如
，當禁用片上dc-dc轉換器而從片上閃存運行Coremark時
，Arm Cortex-M33 CPU需要54 µA/MHz的功耗。當激活同一個dc-dc轉換器時
，相同的操作僅需要37 µA/MHz的功耗。

 

在深度睡眠模式下，保留的RAM至關重要，因為它是大部分功耗預算的來源，而且當BLE SoC必須返回到工作模式時

，保留的RAM可以加快啟動速度。從設計角度看，低漏電流SRAM的使用能讓芯片設計人員將深度睡眠電流保持在1µA範圍內。選擇BLE SoC的另一個關鍵考量因素是每個SRAM的大小可能有所不同。選擇保留RAM大小的能力將有助於最小化深度睡眠模式的功耗。EFR32BG22 SoC在32 KB片上RAM中集成了可獨立選擇的SRAM。

 

最後，時鍾門控和電源門控技術的結合使BLE SoC可以根據其工作模式完全關閉設備的某些功能。這些功能的激活是自動的，應用開發人員基本上不需要去了解詳細的信息。

 

軟件支持

 

最小化BLEyingyongdegonghaoxuyaoduishepincaozuojinxinggaoduyouhuadetiaodu，bingqiezaibaochixieyisuoxudejingqueshixudetongshi，zuidaxiandudichuyujinkenengdidenenghaomoshixia。weilejingquekongzhifashegonglv，BLE堆棧集成了dc-dc轉換器的配置。堆棧來自於軟件開發套件（SDK），該套件與集成開發環境（IDE）完美整合在一起。IDE包括一個網絡分析器


，可直接從SoC射頻獲取數據
；一個先進的能量監控器，可將功耗與代碼位置相關聯；以及一個可視的通用屬性配置文件（Generic Attribute profile，GATT）配置器
，可實現標準藍牙SIG配置文件或自定義服務。這些工具支持BLE應用的開發與硬件設計完全整合，從而使開發人員可以專注於影響功耗的高級設計選擇。此外

，SDK還集成了安全的引導加載程序
，支持通過OTA和串行接口進行固件更新。

 

先進硬件和強大軟件的結合支持應用開發人員在多個設備上執行自己的基準測試。這是推薦在選擇BLE SoCzhiqiansuoyingcaiqudefangfa。suiranzuichuhaoshijiaoduo，danzhezhongfangfayibeizhengmingshifeichangyoujiazhide，youzhuyufaxianyinyingjiangongnengduanquehuoruanjiangongnengbujiasuodaozhideqianzangtiaozhan。

 

開發一種標準化的基準測試策略還可以幫助開發人員對各個供應商的器件進行對比。嵌入式微處理器基準聯盟（EEMBC）開發的IoTMark-BLE基準配置文件提供了一種有用的功耗評估工具。IoTMark-BLE基準配置文件構建了一個真實的IoT邊緣節點模型，其由I2C傳感器與涵蓋睡眠、廣告和連接模式操作的BLE射頻所組成。

 

盡管IoTMark-BLE基準測試可能並不適合所有應用案例，但它可以作為基礎來支持為任何特定的應用探索適合的場景。

 

簡而言之，對供應商數據手冊的並行比較可能會導致代價高昂的誤解和錯誤陳述。當比較SoC中的板載和外部DC-DC轉換器模塊時
，必須在係統層級上對BLE SoC進行分析。第三方基準測試通常可以幫助確定比較分析的真實情況。