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实现超低功耗蓝牙设计面临的主要挑战

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低功耗蓝牙(LE)正在获得越来越多元件与模块供应商的支持。这也难怪:因为这种超低功耗的短距离射频技术提供了将任何从设备连接到未来数十亿台智能手机、平板电脑和笔记本电脑的简单方法。

然而事实上,电子设计工程师已经非常熟悉各种工业标准的短距离射频技术,比如ZigBee和Wi-Fi。那么低功耗蓝牙与这些已有标准相比有优势吗?

事实上确实有优势——如果涉及的应用需要短脉冲数据传输和长电池寿命的话。但设计工程师只有针对他们的应用和市场做出了正确的元器件选择,他们才能发挥使用低功耗蓝牙带来的优势。

有些是新的,有些是旧的

尽管与经典蓝牙共享相同的‘蓝牙’名字,但低功耗蓝牙在许多重要方面都有不同。经典蓝牙设计用于为音频流和其它数据流提供永远在线的无线管道,并且支持高达3Mbps的数据速率。不过同时经典蓝牙也具有复杂的协议栈,建立和保持两个配对设备之间的连接时比较麻烦。

低功耗蓝牙具有完全不同的属性:它采用了一种简单的协议栈,因此连接的建立和断开特别快,并且能够间歇性地传送短脉冲数据。它可以实现非常低的功耗——单粒钮扣电池可以工作数月甚至数年——因为其工作模式支持设备处于深度睡眠模式,即在大部分时间内射频部分是断电状态。

换句话说,低功耗蓝牙并不是经典蓝牙的低功耗版本,它实现了完全不同的功能。

低功耗蓝牙与经典蓝牙共享2.4GHz频段、天线和协议栈的某些组成部分。因此经典蓝牙芯片组的制造商能够几乎无成本地在他们的器件中增加低功耗蓝牙功能。这意味着过去普遍配备经典蓝牙的智能手机、平板电脑和笔记本电脑今后将普遍具备经典蓝牙和低功耗蓝牙功能(通过认证的低功耗蓝牙设备将贴‘Bluetooth Smart'标志)。

对工业电子系统设计师来说低功耗蓝牙的主要吸引力表现为:第一次有一种简单便宜的无线技术能在电池供电的从设备和智能手机、平板电脑与笔记本电脑之间提供接口。有望利用这种新技术优势的应用包括健身监视器等“应用配件”、心率监视器和脉搏血氧计等个人健康护理设备、门禁控制系统中的接近传感器以及智能手表等。

元器件公司已经很快注意到低功耗蓝牙的吸引力:支持低功耗蓝牙的独立芯片组和高集成度模块已经有现成的。蓝牙专门兴趣小组(SIG)的支持者们认为,低功耗蓝牙的部分吸引力是, 其简单的射频部分很容易实现。

对工业电子设计师来说这意味着他们的系统架构可以基于低功耗蓝牙芯片组进行设计。毕竟与等效的集成模块相比,芯片组具有显著的单位成本优势。因此与采用较昂贵但更高集成度的模块进行系统设计相比,基于芯片组的设计似乎可以为用户提供更具竞争力的优势。

那么从头开始实现一个低功耗蓝牙设计有多容易呢?

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