【導讀】在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應用中，設計工程師的最終挑戰(zhàn)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(lián)網(wǎng)應用中，設計工程師的最終挑戰(zhàn)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。
這并非易事，大多數(shù)廉價的紐扣電池只能提供約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系統(tǒng)（SoC），有可能在短距離和長距離無線連接上實現(xiàn)十年目標。
如果應用程序只能利用240mAh的能量，則無線設備必須將大部分時間用于睡眠，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(fā)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。這說明了為什么無線電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
對于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。對于超過1000m的遠距離傳輸，安森美半導體的AXM0F243無線微控制器支持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）用于廣告功能，這些功能允許發(fā)現(xiàn)附近的設備。通道0-36保留用于數(shù)據(jù)傳輸。廣告頻道占據(jù)頻譜的不同部分，以抵消來自802.11或Wi-Fi無線電傳輸?shù)母蓴_（參見圖2）。
圖2：藍牙LE廣告頻道（來源：Accton Marketing）
廣告包的數(shù)據(jù)單元稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），具有兩字節(jié)的報頭，用于指定數(shù)據(jù)有效載荷的類型和長度，最多37字節(jié)（廣告地址為6字節(jié)，數(shù)據(jù)為31字節(jié)）。
可連接和不可連接的傳輸
藍牙LE廣告數(shù)據(jù)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片上系統(tǒng)（SIP）無線SoC的操作，并顯示了可連接（左）和不可連接（右）廣告事件，均在0dbm發(fā)射功率下。
雖然兩個事件都使用通道37、38和39，并且持續(xù)7毫秒，但可連接事件包括每個通道的接收脈沖。這是有道理的，因為可連接事件也旨在接收傳入的傳輸。所得的功率分析儀測量結果揭示了每種傳輸類型的平均電流：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(shù)據(jù)以用于藍牙LE協(xié)議棧，并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(shù)據(jù)包的功耗
RSL10 SIP電池壽命
圖4證明，在上述條件下，基于RSL10 SIP的系統(tǒng)的實際電池壽命從2.5s廣告間隔的可連接傳輸?shù)?0.97年到5s廣告間隔的不可連接傳輸?shù)?7.26年。這些計算假設使用240mA CR2032紐扣電池和5字節(jié)的PDU。
圖4：使用RSL10 SIP應用的實際電池壽命
對于更長距離的無線傳輸，安森美半導體的AXM0F243窄帶SoC實現(xiàn)153dB的鏈路預算，并且在915MHz頻率下以30dB的衰減工作時，可以傳輸37公里（23英里）的距離。對于1.1公里范圍內的傳輸，AXM0F243可以超過所需的10年電池壽命（見圖5）。
圖5：基于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范圍內達到10年的電池壽命。
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