一款用紐扣電池就可10年待機的藍牙SoC
發布時間:2020-12-17 來源:作者:安森美市場經理Bob Card 責任編輯:lina
【導讀】在許多小型便攜式物聯網應用中,設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。
在許多小型便攜式物聯網應用中,設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。
這並非易事,大多數廉價的紐扣電池隻能提供約240mAh的容量。但是,本設計說明表明,通過選擇具有低睡眠模式的無線片上係統(SoC),有可能在短距離和長距離無線連接上實現十年目標。
如果應用程序隻能利用240mAh的能量,則無線設備必須將大部分時間用於睡眠,僅偶爾喚醒以進行無線傳輸(請參見圖1)。例如,7 ms的喚醒時間,5s的發送間隔和每小時120次無線傳輸動作的占空比為0.14%的喚醒時間和99.86%的休眠模式。這說明了為什麼無線電SoC在休眠模式下消耗非常低的功率至關重要。

圖1:休眠模式占空比
對於通過短距離或中距離鏈路(通常長達50m)工作的電池供電應用,藍牙LE無線電技術是首選。對於超過1000m的遠距離傳輸,安森美半導體的AXM0F243無線微控製器支持Sub 1GHz軟件定義無線電(SDR)技術。
廣告模式
藍牙LE無線電使用2.4GHz頻段,擁有40個頻道,間隔為2MHz。其中保留了三個RF通道(37、38和39)用於廣告功能,這些功能允許發現附近的設備。通道0-36保留用於數據傳輸。廣告頻道占據頻譜的不同部分,以抵消來自802.11或Wi-Fi無線電傳輸的幹擾(參見圖2)。

圖2:藍牙LE廣告頻道(來源:Accton Marketing)
廣告包的數據單元稱為協議數據單元(PDU),具有兩字節的報頭,用於指定數據有效載荷的類型和長度,最多37字節(廣告地址為6字節,數據為31字節)。
可連接和不可連接的傳輸
藍牙LE廣告數據包可以是“可連接的”或“不可連接的”。圖3顯示了通過功率分析儀測量的安森美RSL10片上係統(SIP)無線SoC的操作,並顯示了可連接(左)和不可連接(右)廣告事件,均在0dbm發射功率下。
雖然兩個事件都使用通道37、38和39,並且持續7毫hao秒miao,但dan可ke連lian接jie事shi件jian包bao括kuo每mei個ge通tong道dao的de接jie收shou脈mai衝chong。這zhe是shi有you道dao理li的de,因yin為wei可ke連lian接jie事shi件jian也ye旨zhi在zai接jie收shou傳chuan入ru的de傳chuan輸shu。所suo得de的de功gong率lv分fen析xi儀yi測ce量liang結jie果guo揭jie示shi了le每mei種zhong傳chuan輸shu類lei型xing的de平ping均jun電dian流liu:可連接事件為711.624µA,不可連接事件為504.307µA。
此外,RSL10 SIP的深度睡眠電流為160nA,RAM中保留了16kbytes的數據以用於藍牙LE協議棧,並運行一個內部計時器來喚醒自己。

圖3:傳輸可連接和不可連接數據包的功耗
RSL10 SIP電池壽命
圖4證明,在上述條件下,基於RSL10 SIP的係統的實際電池壽命從2.5s廣告間隔的可連接傳輸的10.97年到5s廣告間隔的不可連接傳輸的27.26年。這些計算假設使用240mA CR2032紐扣電池和5字節的PDU。

圖4:使用RSL10 SIP應用的實際電池壽命
對於更長距離的無線傳輸,安森美半導體的AXM0F243窄帶SoC實現153dB的鏈路預算,並且在915MHz頻率下以30dB的衰減工作時,可以傳輸37公裏(23英裏)的距離。對於1.1公裏範圍內的傳輸,AXM0F243可以超過所需的10年電池壽命(見圖5)。

圖5:基於AXM0F243 SoC的遠程應用的實際電池壽命
因此,使用正確的無線電SoC,完全有可能在短距離或長距離範圍內達到10年的電池壽命。
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