Bluetooth 5.1 SoC foi projetado para reduzir o tamanho e o custo do projeto

O Bluetooth Low Energy desempenhou um papel fundamental na revolução da IoT - particularmente para comunicação sem fio de curto alcance em dispositivos nos quais a vida útil da bateria é crítica. O advento de rastreadores de fitness e smartwatches impulsionou ainda mais o mercado de Bluetooth.

Um dispositivo Bluetooth ( Fig. 1 ) consiste em um host e um controlador. A pilha de Bluetooth e o aplicativo atual são executados no host, enquanto as operações de banda base ocorrem no controlador, que oferece suporte a Bluetooth clássico (BR / EDR) ou baixo consumo (BLE). Ambos se comunicam por meio da interface do controlador de host (HCI).

Fig 1:Diagrama de blocos da arquitetura de modo único e modo duplo do Bluetooth.

BLE é a designação usada para as extensões especiais que começaram com a versão 4. As versões 4.1 e 4.2 forneceram pequenas melhorias, mas é com a versão 5 que as principais atualizações chegaram com uma alta taxa de dados e baixo consumo de energia.

O Bluetooth 5 foi anunciado no segundo semestre de 2016, anunciando uma velocidade de transferência de 2 MB / s, um alcance de cobertura de 240 metros e consumo de energia reduzido. Mas esses desenvolvimentos ainda não foram suficientes para acompanhar a conectividade sem fio da próxima geração.

Assim, o mesmo Grupo de Interesse Especial (SIG) Bluetooth anunciou especificações para o novo Bluetooth 5.1 por volta do final de 2018. A inovação mais importante é a capacidade do Bluetooth 5.1 de funcionar também como um localizador, com um grau de precisão de alguns metros . A especificação Bluetooth 5.1 oferece dois métodos diferentes para identificar a posição dos dispositivos dentro do espaço:ângulo de chegada (AoA) e ângulo de partida (AoD).

Hoje, a maioria dos dispositivos vestíveis funcionam com Bluetooth de baixa energia. Essa tecnologia é considerada uma solução de baixo custo e que requer muito pouca energia. O produto pode ser alimentado por uma pequena bateria por meses ou até anos em alguns casos. A Dialog Semiconductor apresentou o que define como o menor e mais eficiente SoC Bluetooth 5.1, o DA14531 . O novo módulo que acompanha também simplifica o desenvolvimento de produtos Bluetooth e permite possibilidades mais amplas de adoção de aplicativos IoT.

O chip SmartBond TINY é baseado no núcleo ARM Cortex M0 + de 32 bits com memórias integradas e um conjunto completo de periféricos analógicos e digitais. Sua implementação visa resolver os problemas de aumento de custos para projetos de dispositivos IoT, permitindo uma redução no tamanho geral do sistema, mantendo o alto desempenho. A Dialog projetou o SoC para reduzir os custos de adição da funcionalidade BLE a US $ 0,50 em grandes volumes.

O tamanho pequeno torna o SoC adequado para qualquer projeto com restrição de espaço, como canetas eletrônicas, etiquetas de prateleira, balizas ou etiquetas RFID ativas para rastreamento de ativos. O SoC também pode ser usado em aplicativos que requerem provisionamento, como câmeras, impressoras e roteadores sem fio.

O DA14531 também estende a conectividade sem fio para aplicações no campo médico conectado. Os exemplos incluem inaladores, distribuidores de medicamentos, balanças, termômetros e glicosímetro. ( Fig. 2 )

Fig 2:Diagrama de blocos do DA14531.

Alojado em embalagens tão pequenas quanto 2,0 x 1,7 mm, o SmartBond Tiny tem cerca da metade do tamanho de seus antecessores, de acordo com a Dialog. O SoC requer apenas seis componentes externos, uma única fonte de relógio e uma fonte de alimentação para criar um sistema Bluetooth completo de baixo consumo de energia ( Fig. 3 ) Isso permite que os desenvolvedores adaptem o chip a quase todos os projetos de monitoramento de recursos de RF.

“Os componentes externos são realmente limitados, então dois capacitores são necessários. O indutor de energia pode ser ignorado sob certas condições ”, disse Adrie Van Meijeren, gerente de marketing de produto para as Américas, Bluetooth Low Energy, da Dialog Semiconductor.

Fig. 3:Diagrama do sistema alimentado por bateria alcalina - configuração de reforço.

O módulo garante longa vida e durabilidade, mesmo com baterias pequenas, e permite que os clientes aproveitem a nova arquitetura como parte do desenvolvimento do produto, ao invés de ter que certificar suas plataformas, economizando tempo, esforço de desenvolvimento e custos. O conversor DC / DC embutido do DA14531 permite uma ampla tensão operacional de 1,1 V a 3,3 V.

“Em relação às baterias e ao conversor DC / DC, podemos trabalhar com qualquer tipo de bateria de 1,4 V / 1,5 volts ao lado de baterias de 3 V como baterias de célula tipo moeda. E porque temos esse conversor de boost integrado a bordo, isso proporciona uma economia de custos. A eficiência do DC / DC depende um pouco da qualidade do seu indutor, mas você pode obter cerca de 85% de eficiência ”, disse Van Meijeren.

“O recurso DC / DC é importante, especialmente para baterias descartáveis. Essas baterias descartáveis, muitas vezes, têm uma capacidade muito pequena, como 15 miliamperes-hora. E se o conversor DC / DC estiver iniciando, há um pico de corrente carregando o indutor e os capacitores, e nós temos um limitador de corrente que você pode definir entre 6 mA e 96 mA, e isso nos permite iniciar com qualquer bateria, seja qual for a condição ”, acrescentou.

Com o baixo consumo de energia do Bluetooth Low Energy, os aplicativos podem funcionar com uma bateria pequena por quatro ou cinco anos. Isso é vital para aplicativos que precisam apenas de uma troca periódica de pequenas quantidades de dados.

A Dialog também oferece o Kit de Desenvolvimento SmartBond TINY DA14531 , que integra o SoC de baixa energia DA14531 Bluetooth. Graças a duas interfaces de cabeçalho mikroBUS e uma interface Arduino, o sistema oferece funcionalidade expandida ( Fig. 4 )

Fig. 4:DA14531 SmartBond TINY Development Kit Pro.

Atualmente utilizado por cerca de 8,2 bilhões de dispositivos em todo o mundo, de smartphones a laptops, o Bluetooth é o principal jogador em nosso cotidiano tecnológico. A Cisco previu que mais de 50 bilhões desses dispositivos inteligentes estarão em uso até 2020, com o Bluetooth SIG suportando até um terço desses dispositivos.

Com bilhões de dispositivos inteligentes habilitados para BLE no mercado, a lista de aplicativos para este protocolo é ilimitada. Para a seleção do BLE, é necessário levar em consideração uma série de atributos:fator de forma, especificações elétricas, funcionalidade desejada, ferramentas de desenvolvimento de software e suporte técnico.