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安森美半导体采用蓝牙低功耗和专有无线协议实现10年的电池使用寿命

菜鸟
2020-10-10 17:06:19    评分



对于许多小的、便携式物联网(IoT)应用,“圣杯”是无线联接使用的纽扣电池使用寿命达10年。这并非易事,因为大多数便宜的纽扣电池提供的最大容量仅约240 mAh。通过选择睡眠电流消耗低的无线电系统单芯片(SoC),短距离和长距离无线联接都可以达到10年。

为了使容量较低的纽扣电池如240 mAh获得10年的电池使用寿命,无线设备通常在大部分时间处于睡眠状态,只是偶尔被唤醒以进行无线传输,如下图1所示。例如,相对于5秒的传输间隔(每小时120个无线传输)而言,7毫秒的唤醒时间产生的占空比为0.14%唤醒时间和99.86%休眠时间。因此纽扣电池要实现10年电池使用寿命,低功耗的深度睡眠必不可少。



图1.睡眠和唤醒时间占空比



为了达到10年的电池使用寿命,蓝牙低功耗是短距离到中距离无线联接的首选,取决于****(Tx)和接收(Rx)功率,通常为30至50米。对于任何超过1000米的更长距离,Sub Gigahertz软件定义的无线电(SDR)是理想的选择。

蓝牙低功耗

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蓝牙低功耗使用40通道分区(相隔2 MHz)在2.4 GHz ISM频段运行。三个RF通道(37、38和39)专用于广告功能,可发现附近可用的设备。通道0-36专用于数据。广告通道(图2)分配在频谱的不同部分,以提供抗802.11 / Wi-Fi干扰的能力。



图2.蓝牙低功耗广告通道(来源Accton Marketing)



广告包

广告包的数据单元称为协议数据单元(PDU),具有一个两字节的标头,用于指定数据有效载荷的类型和长度,最多37个字节(广告地址为6个字节,数据为31个字节)。



图3.蓝牙低功耗广告包(来源Accton Marketing)



可联接的对比不可联接的

蓝牙低功耗广告包可以是可联接的(Connectable)或不可联接的(Non-connectable)。图4描绘了功率分析仪捕获的RSL10系统级封装(RSL10 SIP)蓝牙低功耗模块可联接(左)和不联连接(右)的“ 3广告”事件,发送功率均为0 dbm。虽然两个事件都使用通道37、38和39,并持续7毫秒,但Connectable事件包括每个通道的RX脉冲。这是有道理的,因为Connectable事件也希望接收。所得的功率分析仪测量结果显示可联接的平均电流为711.624uA,不可联接的为504.307uA。同时,对于蓝牙低功耗协议栈,RSL10 SIP的深度睡眠电流为160 nA(用于保留16 kbB RAM),并运行一个内部计时器以自唤醒。



图4.可联接的对比不可联接的广告包



RSL10 SIP电池使用寿命(5字节)

在上述条件下,图5证实RSL10 SIP实际电池寿命将在10.97年(2.5秒广告间隔,可联接的)到27.26年(5秒广告间隔,不可联接的)之间。这些计算基于使用240 mA CR2032纽扣电池和5字节数据传输(PDU)。



图5. RSL10 SIP实际电池使用寿命



理想的电池使用寿命对比实际的电池使用寿命

锂离子纽扣电池随附数据表,绘制给定负载的连续放电特性。在图6中的CR2032电池示例中,该图捕获了恒定190 uA负载的放电曲线。捕获的图5中RSL10 SIP平均电流范围为865nA至1.57uA,比190 uA曲线轻得多。

当我计算“理想VBAT”时,我用库仑计测量240 mAh ,从100%充满电量到0%电量为空,由标有“理想VBAT”的红色虚线表示。纽扣电池实际上永远不会表现出红色虚线。知道“实际VBAT”放电曲线位于红色虚线和蓝色CR2032 190 uA放电曲线之间的某个位置,因此我已将“理想VBAT”降额15%,以得出绿色的“实际VBAT”放电曲线。



图6.连续放电特性



如果将数据大小从5字节增加到31字节,则下面的图7展示了RSL10 SIP电池的使用寿命。



图7. RSL10 SIP电池使用寿命(31字节)



专有RF协议

专有的Sub-GHz无线电旨在用于更长距离的无线传输。凭借153 db(16 dbm Tx功率和-135 Rx灵敏度)的链路预算,AXM0F24窄带SoC可以传输37公里或23英里(915MHz,30db衰减余量)的距离。对于1.1公里的距离,AXM0F243超过了所需的10年实际电池使用寿命。



图8.AXM0F243实际电池使用寿命



使用合适的无线电SoC用于短距离和长距离传输都完全有可能实现10年的电池使用寿命。




助工
2020-10-10 23:44:01    评分
2楼

确实不错的产品


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