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nRF8001纽扣电池续航的超低功耗蓝牙4.0技术

助工
2010-12-30 10:46:24    评分

11月18日,2010年中国无线世界暨物联网大会在京正式举行,C114中国通信网为本届会议的独家战略合作媒体,进行现场全程直播报道。

主持人:下面有请来自Nordic Semiconductor ASA的Sebastien Mackaie-Blanchi先生做演讲,题目是《纽扣电池续航的蓝牙技术》。

Sebastien Mackaie-Blanchi:今天早晨大家听到了关于蓝牙技术的演进路线,下面我给大家更多地介绍一下蓝牙技术低功耗的特点,特别是在纽扣上面低功耗的技术。

今天我给大家介绍一下纽扣电池为什么需要蓝牙技术呢?在设计这样的设备的时候要有什么考虑呢?

首先我们可以看到纽扣电池已经存在很多年了,比如像你的手表上也会用到纽扣电池,有一些体育运动设备,比如说测量仪表也会使用这个纽扣技术,现在蓝牙技术,特别是4.0的规范给我们提供了很多可能性。无论是什么样的规范我们都在看,而且蓝牙技术也是其中一个选择。蓝牙的低功耗技术将会更好地支持我们的纽扣电池,比如说一些玩具、体育用品以及其他的东西,可能使用的不仅仅是蓝牙技术。我们来看一看到底这个纽扣电池是什么样的呢?它有不同的类型,它们有时候容量很大,有时候容量很小。

请看一下我们的CR1216,它是25毫安,它的容量非常好,这是表标准使用的纽扣电池。大家可以看到,它的平均电流对寿命有着非常大的影响。其中一个非常重要的特征请大家记住,基于25毫安,如果使用这样的功耗的话,每天24小时运行,每周7天来运行,它可以用一年的时间,我们要保证它的平均电流要尽量地低,如果要使用一年的时间,你要保证它的电流要低于25毫安,而且它的峰值电流也是非常重要的,有的时候峰值电流可能是比较高的,如果峰值电流比较高的话,会影响电池的容量。如果它的峰值电流越高的话,它的电池寿命越短。大家在使用纽扣电池的时候,如果它的峰值电流低的话,也意味着它的功耗比较低。在温度不同的情况下使用,它的寿命也是不一样的。所以说在设计纽扣电池的时候我们要考虑两个重要的指标,一个是平均电流,一个是峰值电流。

我们有一个中心的设备,大家可以看到在中间,还有其他的一些外设设备,关键的是可以看到中间的设备它将会保证和传感器的连接,将这个设备连接的时候,中央的设备将会是连接的核心,因为中心的设备将会影响连接的参数,它会决定比如说和传感器多长时间交换一下数据,要和交换器交换多少数据。所以不仅要看传感器的问题,也取决于你的设备,它是不是使用屏幕或者是其他的功能,它的功耗肯定会有所不同。关键的要素在于,如果来看手机的话,它有应用在运行,它就会决定你的连接参数,它会确定出来多快的时间会影响你的功耗。蓝牙技术应该尽量少地使用电能,它们也可以增加包交换的时延,它并不是针对大流量的应用设计的。所以说纽扣电池并不是要以这样的应用,我们只是针对一些非常简单的应用,尽量频率要少的交换数据,比如一些远程的控制或者是其他的一些非常简单的设备。像耳机之类的,这些可能只能使用可充电电池而不能使用纽扣电池。如果从一个设备到另外一个设备,比如超过范围之内,你再回到这个范围之内再连接的话会花一些时间。

我们可以看到,这是一个蓝牙技术的规范,它可以减少负荷,也支持不同的服务水平,支持不同的信道,蓝牙技术的开销是非常小的。这是一个空包,它的负荷只有27个字节,这27个字节,如果大家看一下这个数据的交互量只有20个字节,所以说是非常有限的。这是一个不会消耗很多带宽的应用,是一个非常简单的应用,可以使用蓝牙低功耗的技术。

除了低功耗,另外一个非常重要的因素是连接时间。要把你的传感器尽快连接到你的电脑,包的大小也是非常重要的,我们可以看到不同的数据包,比如有时候只有8个字节,使用了蓝牙的技术,包更小。我们可以看到它可以把连接时间从214微秒降低到144微秒。安全特征也是非常重要的,加密是非常重要的,在蓝牙技术当中也是安全性非常强的,它比传统的蓝牙技术要强。CRC主要是确定这个包是否正确,在蓝牙中也有所增强,范围更大,消耗的能量更小。

因为我们谈到了纽扣电池,我谈到25毫安是一个非常重要的数据,特别是影响电池寿命的。给大家举两个例子,第一个,你想有一个连接到你手机的Heart belt,蓝牙技术非常适合这个应用。如果让你的Heart belt是每天24小时来运营的话,使用蓝牙技术的话,它只能够支持一年,我们只是谈蓝牙的情况,可能在你的Heart belt上面还有其他的微处理器,所以会消耗更多的电能。可以看到关于电池,一般不会无时无刻地使用,只是偶尔地使用,所以说它的电池寿命是非常长的。这里是Heart belt一刻不停运转的情况。大家可以看到有一个手表,它使用了蓝牙技术,手表可能也可以收到短信或者是收到电话,通过这个蓝牙。这个设备如果时时刻刻地连接的话,有的时候只有在收到短信或者接电话的时候才会有数据的交换,所以它们的功耗还是非常低的,它的平均电流能够达到24微安,当然取决于你具体的应用。大家可以看到一些大概估计的时间,如果使用手表的话,看你使用什么样的应用、什么样的特征,它的电池寿命会相应地有所改变。其中非常重要的一个功能,它的输入和输出,比如你想使用IDD等等,它的电流会比蓝牙还大。所以设计传感器的时候也要特别谨慎,你想使用什么样的用户界面接口,什么样的显示器,什么样的输出、输入电流,等等,因为它们是最消耗电流的。我们要看一下蓝牙的芯片,还要看其他各个方面它们的电流使用情况。

交换数据的频率也是非常重要的,这也是一个关键指标,在蓝牙新的规范当中,它包括交换的频率以及数据交换的大小。比如你想把你的手机和汽车钥匙连接在一起,但是比如你突然忘带钥匙了,在一定的距离,你的手机就会提供你。我们要看传感器,还要看移动或者用户端的电流情况,所以说它的频率应该尽量低,想保证这个设备不消耗过多能量,传感器每个频率每2秒或者每4秒要交换一次数据的话,只有当传感器连接到手机才知道它们交换的频率和大小,所以要在手机端就进行很好的设计和设置。它们想交换更多的数据,更频繁地交换数据,移动的应用可能是想要尽量交换多的数据,传感器在设计的时候就要让它支持更多的数据。如果我们的规范不够严格,让这些相关实施者来做好的话,可能大家的目标是不一样的。比如说手机和应用的提供商他们可能每秒就想进行4次的数据交换,可能对用户来说这会对传感器的电池寿命产生影响,所以想要进行很好的实施的话,它也可以节省传感器的电源。

在规范中,看一看这个数据交换大小到底是多少,频率是多少,这么做的话要参加蓝牙技术联盟的相关规范,通过这些规范至少可以达成一致,就一些具体的参数达成一致。如果在手机这边不推动相关设计的话,可能没有办法在传感器端设计更长的电池寿命。如果手机端不是想要更少地使用数据的话,传感器可能就是由于这些移动应用,它的电池寿命会大大缩短。在考虑规范的时候,传感器和手机制造厂商,所有的设备制造商都应该参与进来达成一致,同时在用户端也要进行很好的设置。

现在给大家介绍一下Nordic超低功耗蓝牙芯片nRF8001,设计它的峰值电源是非常低的,这是非常关键的,只有13.5毫安。频率或者增加其他外设的话,它的峰值电流会很高,它可能会让你的电池很快耗尽电量,但是1秒钟的连接,平均电流可以达到17毫安,所以说电池寿命可以达到一年,这是非常好的,非常简单的这些设备能够保证至少一年的电池寿命,当然取决于用户最终的设置。在展厅中,大家看到我们的芯片和微处理器,我们有一个单一芯片的解决方案,还有其他的厂商,他们可能使用了其他的协议,他们也希望能够增加蓝牙的功能,以便可以和手机连接。这些公司已经有了微处理器,他们想使用他们自己的微处理器,然后增加蓝牙的能力和功能,可以提供一些连接,连接到现在的微处理器上,很好地使用蓝牙的功能。

 




关键词: nRF8001     纽扣     电池     续航     超低     功耗     蓝牙    

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