Projetando com Bluetooth Mesh:Chip ou módulo?

Até este ponto, esta série de artigos cobriu uma visão geral da malha Bluetooth e como selecionar um dispositivo para um aplicativo. Nesta parte final, discutiremos se dispositivos discretos ou um módulo devem ser usados ​​em um projeto.

A decisão de usar dispositivos discretos ou um módulo tem um impacto muito alto no sucesso do produto. O Bluetooth Mesh está habilitando a IoT e conectando uma miríade de coisas sem fio que estavam previamente conectadas ou não estavam conectadas. Um exemplo perfeito seria uma lâmpada. A maioria das lâmpadas fabricadas para aplicações de consumo eram controladas por um interruptor de parede. Adicionar conectividade Bluetooth Mesh a esses dispositivos requer uma experiência que nunca existiu internamente.

Em suma, os fabricantes novos em conectividade sem fio enfrentam a decisão de investir pesadamente no desenvolvimento de sua própria experiência sem fio ou implementar o Bluetooth Mesh como um módulo autônomo e concentrar recursos na experiência funcional. As seções a seguir exploram as complexidades introduzidas pela conectividade sem fio e como tomar a decisão certa ao selecionar entre um módulo e uma solução discreta para seus produtos.

Ao adicionar Bluetooth Mesh a um produto, o custo e a complexidade do sistema final são afetados por fatores como a complexidade do design da placa, certificações regulatórias, qualificação, declaração e listagem do Bluetooth. Vamos examinar cada um deles um por um.

Projetando produtos habilitados para Bluetooth Mesh com dispositivos discretos

Projetar uma placa para Bluetooth Mesh requer experiência em design de placa de RF. Especificamente, o Bluetooth Mesh requer uma antena e uma rede correspondente. Isso adiciona complexidade ao design da placa. Um projeto de antena apropriado e distância ao solo são necessários para obter um bom ganho de antena. São necessários componentes relacionados à fonte de alimentação, como um capacitor de desacoplamento. O roteamento eficiente é crítico para a operação estável do sistema e é necessário cuidado extra para garantir que esses circuitos não interfiram no desempenho da antena. Relógios / cristais também precisam de atenção especial. Qualquer variação na frequência pode resultar na perda de pacotes, afetando a taxa de transferência e a eficiência energética.

Para lidar com todas essas complexidades, são necessários designers de placa de RF experientes. Manter o conhecimento interno em projetos de RF pode ser caro, pois as habilidades necessárias são bastante especializadas. Além disso, a placa pode exigir várias voltas e pode fornecer o desempenho necessário.

O próximo desafio após o design do conselho é atender às certificações regulatórias. Cada produto Bluetooth Mesh precisa receber uma ou mais certificações regulamentares de RF com base nos países em que será vendido. Essas certificações garantem que os níveis de radiação estejam dentro dos limites aceitáveis ​​e também que a frequência de operação não caia em nenhuma banda de frequência proibida.

Quase todos os países têm seu próprio organismo de certificação regulatória de RF. Para vender um produto Bluetooth Mesh nos Estados Unidos, o produto precisa obter a certificação da Federal Communications Commission (FCC). Para a Europa, o produto deve obter a certificação CE (Conformité Européene). O Japão requer MIC (Ministério de Assuntos Internos e Comunicações), enquanto o Canadá requer ISED (Inovação, Ciência e Desenvolvimento Econômico), anteriormente conhecido como certificação IC (Industry Canada).

Se o produto atender aos requisitos de RF para essas quatro certificações regulamentares, é provável que também cumpra os requisitos regulamentares de todos os outros países. No entanto, cada uma dessas certificações requer uma quantidade significativa de testes. Os testes são realizados em laboratórios aprovados por esses órgãos reguladores, o que significa que não só a certificação, mas também a falha têm um preço. Por exemplo, se a placa falhar, será necessário fazer alterações no design / componentes da placa e, em seguida, leve-a ao laboratório novamente. Para cada produto Bluetooth Mesh, esta certificação pode custar mais de US $ 20.000 se feita da maneira certa na primeira vez. Além do custo da certificação, o lançamento do produto será atrasado com base no tempo extra gasto durante cada rodada de certificação. Neste mercado competitivo, o tempo de chegada ao mercado é essencial para o sucesso.

Os produtos Bluetooth Mesh precisam passar por testes em uma instalação de teste qualificada da Bluetooth SIG para poder usar a marca comercial Bluetooth. A qualificação do produto garante que os produtos sejam interoperáveis ​​com outros dispositivos Bluetooth Mesh. Além disso, a declaração e a listagem são necessárias para garantir os direitos legais de uso da marca Bluetooth no produto e para comercializá-lo como um produto Bluetooth Mesh.

Projetando produtos habilitados para Bluetooth Mesh com um módulo

Antes de entrarmos nas vantagens e desvantagens de usar um módulo em um design, vamos revisar rapidamente o que é um módulo e o que ele oferece. Os módulos são geralmente oferecidos em termos de tamanho, tipo de antena e custo. Os módulos integram a maioria ou todos os componentes-chave necessários para a operação do dispositivo Bluetooth Mesh ao mesmo tempo em que alcançam o desempenho necessário para o aplicativo. O uso de um módulo elimina a complexidade do design de layout de RF. Há um custo adicional para usar um módulo, em comparação com a construção de uma solução discreta, mas os módulos são a maneira mais rápida e fácil de adicionar conectividade Bluetooth Mesh a um produto se houver falta de experiência interna.

A maior vantagem de usar um módulo é que o designer do sistema pode aproveitar a experiência que o fabricante do módulo aprendeu e ganhou ao longo dos anos. Essa experiência pode ser extensa, visto que os módulos são usados ​​em vários produtos em vários setores. Em suma, os designers de sistema podem acessar toda a experiência do fabricante sem ter que fazer um investimento inicial no desenvolvimento de recursos de RF internos.

Observe que alguns módulos são totalmente certificados e eliminam o incômodo e os custos envolvidos em garantir as certificações regulatórias necessárias. Para alguns projetos, uma pequena mudança no layout ou componente da placa significa uma recertificação completa.

Seleção entre módulo e solução discreta

Os módulos são atraentes para todas as aplicações do ponto de vista de P&D e certificação. A desvantagem é que eles têm um custo adicional em comparação com dispositivos discretos. Tradicionalmente, os OEMs usam o ponto de equilíbrio para determinar se devem comprar ou construir. Esse número equilibra o aumento do custo por placa em comparação com o investimento em tempo e dinheiro para desenvolver a expertise interna.

Devido à complexidade e aos vários custos envolvidos, os módulos Bluetooth Mesh podem ser eficazes até volumes na faixa de 250 mil unidades. Para volumes maiores, uma abordagem baseada em dispositivos discretos é normalmente mais econômica. Para muitos OEMs, no entanto, o preço não é a única consideração. De modo geral, adicionar conectividade pode não ser tão importante em sistemas complexos ou que requerem algumas certificações específicas de aplicativos. O OEM prefere manter os recursos de engenharia focados no verdadeiro valor agregado da empresa. Há também a consideração adicional do que será necessário para manter a capacidade de atualização futura da conectividade e as reativações da placa e as certificações que se seguem.

Para qualquer novo produto para o qual os volumes iniciais são imprevisíveis, geralmente é uma boa ideia começar com um módulo. Isso mantém os investimentos baixos. Se o volume do produto aumentar, o produto pode migrar para uma solução baseada em dispositivos discretos. Se esta for a estratégia, é importante selecionar um módulo que forneça um caminho de transição fácil para dispositivos discretos.

Se o Bluetooth Mesh IC e o módulo forem fornecidos por fornecedores diferentes, a migração pode exigir ferramentas de desenvolvimento diferentes, aumentando a complexidade necessária para fazer alterações no firmware. Selecionar um fornecedor que fabrica tanto IC quanto o módulo oferece uma vantagem significativa. Na maioria dos casos, eles também garantem que a solução e o módulo baseados em dispositivos discretos usem as mesmas ferramentas de desenvolvimento e kit de desenvolvimento de software. Portanto, o firmware pode não precisar de nenhuma alteração para concluir esta migração. Isso significa que você só precisa de uma nova rotação e certificação da placa para reduzir o custo dos produtos.

Por exemplo, o Cypress fornece IC, bem como módulos em vários tamanhos e opções de antena. solução discreta e módulos baseados nesse IC são suportados na mesma ferramenta de desenvolvimento, fornecendo um caminho perfeito para a migração. Por exemplo, a tabela abaixo mostra o exemplo do CYW20819, um dispositivo Bluetooth Mesh, da Cypress e como ele se compara ao seu respectivo módulo.
CYW20819CYBT213043-02 (módulo baseado em CYW20819) Kit de Desenvolvimento de Software (SDK) BT SDKBT SDKIntegrated Development Environment (IDE) ModusToolbox ^TM ModusToolboxTransmit Power4 dBm4 dBmAntennaNoPCB24-MHz cristalNãoSimCertificações regulatóriasNoFCC, ISED, MIC, CE
Conforme mostrado na tabela, o IC e o módulo são suportados pelo mesmo SDK e IDE, o que torna fácil alternar entre o módulo e os dispositivos discretos sem investimento adicional no firmware. Ao mesmo tempo, o módulo oferece suporte a todos os recursos do dispositivo e oferece todas as vantagens, como cristal e antena integrados e certificações regulatórias.

Módulos totalmente certificados podem ser um ponto de partida para todos os produtos Bluetooth Mesh. Para unidades <250K, a solução baseada em módulo é provavelmente mais econômica em comparação com um design baseado em dispositivos discretos. Para volumes maiores, o design baseado em dispositivos discretos pode ser mais econômico, mas requer conhecimento significativo para desenvolver internamente ou por custo de terceirização. Se estiver começando com um módulo, é importante selecionar um módulo que forneça um caminho de migração fácil para dispositivos discretos conforme o volume aumenta.


Leia os artigos anteriores da série “Projetando com Bluetooth Mesh”:
Parte 1:Nós e tipos de recursos
Parte 2:Comunicações de nó
Parte 3:Privacidade e segurança
Parte 4:Requisitos do dispositivo