【導讀】在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應用中，設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時(shí)提供可靠的無(wú)線(xiàn)連接。
在許多小型便攜式物聯(lián)網(wǎng)應用中，設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時(shí)提供可靠的無(wú)線(xiàn)連接。
這并非易事，大多數廉價(jià)的紐扣電池只能提供約240mAh的容量。但是，本設計說(shuō)明表明，通過(guò)選擇具有低睡眠模式的無(wú)線(xiàn)片上系統（SoC），有可能在短距離和長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)連接上實(shí)現十年目標。
如果應用程序只能利用240mAh的能量，則無(wú)線(xiàn)設備必須將大部分時(shí)間用于睡眠，僅偶爾喚醒以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸（請參見(jiàn)圖1）。例如，7 ms的喚醒時(shí)間，5s的發(fā)送間隔和每小時(shí)120次無(wú)線(xiàn)傳輸動(dòng)作的占空比為0.14％的喚醒時(shí)間和99.86％的休眠模式。這說(shuō)明了為什么無(wú)線(xiàn)電SoC在休眠模式下消耗非常低的功率至關(guān)重要。
圖1：休眠模式占空比
對于通過(guò)短距離或中距離鏈路（通常長(cháng)達50m）工作的電池供電應用，藍牙LE無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是首選。對于超過(guò)1000m的遠距離傳輸，安森美半導體的AXM0F243無(wú)線(xiàn)微控制器支持Sub 1GHz軟件定義無(wú)線(xiàn)電（SDR）技術(shù)。
廣告模式
藍牙LE無(wú)線(xiàn)電使用2.4GHz頻段，擁有40個(gè)頻道，間隔為2MHz。其中保留了三個(gè)RF通道（37、38和39）用于廣告功能，這些功能允許發(fā)現附近的設備。通道0-36保留用于數據傳輸。廣告頻道占據頻譜的不同部分，以抵消來(lái)自802.11或Wi-Fi無(wú)線(xiàn)電傳輸的干擾（參見(jiàn)圖2）。
圖2：藍牙LE廣告頻道（來(lái)源：Accton Marketing）
廣告包的數據單元稱(chēng)為協(xié)議數據單元（PDU），具有兩字節的報頭，用于指定數據有效載荷的類(lèi)型和長(cháng)度，最多37字節（廣告地址為6字節，數據為31字節）。
可連接和不可連接的傳輸
藍牙LE廣告數據包可以是“可連接的”或“不可連接的”。圖3顯示了通過(guò)功率分析儀測量的安森美RSL10片上系統（SIP）無(wú)線(xiàn)SoC的操作，并顯示了可連接（左）和不可連接（右）廣告事件，均在0dbm發(fā)射功率下。
雖然兩個(gè)事件都使用通道37、38和39，并且持續7毫秒，但可連接事件包括每個(gè)通道的接收脈沖。這是有道理的，因為可連接事件也旨在接收傳入的傳輸。所得的功率分析儀測量結果揭示了每種傳輸類(lèi)型的平均電流：可連接事件為711.624µA，不可連接事件為504.307µA。
此外，RSL10 SIP的深度睡眠電流為160nA，RAM中保留了16kbytes的數據以用于藍牙LE協(xié)議棧，并運行一個(gè)內部計時(shí)器來(lái)喚醒自己。
圖3：傳輸可連接和不可連接數據包的功耗
RSL10 SIP電池壽命
圖4證明，在上述條件下，基于RSL10 SIP的系統的實(shí)際電池壽命從2.5s廣告間隔的可連接傳輸的10.97年到5s廣告間隔的不可連接傳輸的27.26年。這些計算假設使用240mA CR2032紐扣電池和5字節的PDU。
圖4：使用RSL10 SIP應用的實(shí)際電池壽命
對于更長(cháng)距離的無(wú)線(xiàn)傳輸，安森美半導體的AXM0F243窄帶SoC實(shí)現153dB的鏈路預算，并且在915MHz頻率下以30dB的衰減工作時(shí)，可以傳輸37公里（23英里）的距離。對于1.1公里范圍內的傳輸，AXM0F243可以超過(guò)所需的10年電池壽命（見(jiàn)圖5）。
圖5：基于A(yíng)XM0F243 SoC的遠程應用的實(shí)際電池壽命
因此，使用正確的無(wú)線(xiàn)電SoC，完全有可能在短距離或長(cháng)距離范圍內達到10年的電池壽命。
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