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蓝牙智能(Bluetooth Smart)技术领跑物联网连通性领域
来源:Atmel  时间:2015-03-10

Kaivan Karimi 现任 Atmel 公司副总裁兼无线解决方案总经理,他对物联网以及蓝牙低能耗(BLE)技术都有很深刻的了解

自从我在上一个工作岗位上发出了最后一篇博文之后,到现在已经有一年的时间了,这真是不同寻常的一年!我现在 Atmel 公司负责无线微控制器事业单位,目前正在与我的团队一道全力以赴地打造性能一流且具备云端就绪能力的无线微控制器和微处理器单元。过去的一年固然极不平 凡,今年的整体局势将只能会变得越来越好,因为我们已经拥有了牢固的 IP 基础和顶级的执行引擎,再加上一个出色的合作伙伴生态系统,可以合力打造出具有最佳成本效益的物联网(IoT)边缘结点系统解决方案。

六年之前,当我们几个圈内人士正在大力鼓吹当时被称为“工业无线网络”(也就是现在的物联网)的概念时,我们时常会说到网关分级的作用以及将“边缘 结点”或者“物”与“云”连接在一起等这样的内容。有一些这里所说的“物”会选择你的智能手机作为与云相连接的网关,而其他一些“物”则会使用新一代的 “智能网关”来管理基于云的服务。即使是在选择了新的智能网关的情况下,一些与其相连的物也许还会使用你手中的智能手机来获得“补充”。鉴于所有的智能手 机几乎都无一例外地内置了蓝牙智能就绪(Bluetooth Smart Ready)技术,人们也就不难看出,蓝牙低能耗(BLE - Bluetooth Low Energy)在物联网的连通架构中扮演着极为重要的角色了。

蓝牙智能(Bluetooth Smart)技术领跑物联网连通性领域

今年的国际消费电子展(CES)一 如既往地精彩纷呈,无论是观众人数、参展商数量还是所展示的技术项目都超过了2014年的水平。与往常一样,无论你徜徉在展厅的任何地方,铺天盖地的高科 技展品都会朝你扑面而来,就好像在对你高喊“看这里,一定要记住我,因为我是有史以来最好的技术,我会保持长盛不衰!”有时候确实是这么回事(例如在 1998年国际消费电子展上展出的高清电视机),但有时候却未必如此(例如2009年国际消费电子展上展出的立体电视机)。

对我来说,2015年的国际消费电子展是很特别的一次,是我们新推出的无线产品系列的一次处子秀。我们在展会上推出了两款产品:一款是独立的蓝牙智能片上系统(Bluetooth Smart SoC),一款是双模 Wi-Fi/蓝牙平台(我很快就会对这两款产品做更为详细的介绍,但是在这篇博文中我更希望把焦点放在我们的蓝牙低能耗芯片上)。

故事还要从我们与设计团队的会面开始。会上主要讨论了我们准备开发的蓝牙低能耗片上系统的目标参数。实际上原因也很简单:去年一家小型德国混合信号 公司推出了市场上最好的蓝牙低能耗解决方案。从他们在网络上发布的宣传材料可以看出,这个方案具有最佳的发射和接收电流峰值(低于5mA),漏电流也达到 了600nA 的最低标准(在特定工作模式下),而且片上系统的尺寸也是最小的 2.5 x 2.5 毫米晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。此外,这个方案还支持众多令人兴奋无比的重要应用,例如智能手机附件、PC 和平板电脑外设、体育健身追踪、健康监控、自追踪、智能手表、遥控设备、立体眼镜等。

但是随后人们发现,到了去年年中的时候,这家德国公司的设计团队迫使其市场宣传部门将其峰值工作电流与芯片的实际情况保持一致,同时调整其漏电流的 数值以便能够提供足够的存储数据保持能力。漏电流数值的大小与所需要保持的存储数量直接相关,因为只有具备了足够的存储保持能力才能够让调制解调器在回到 工作状态时快速恢复到原来的状态,而最优秀的蓝牙低能耗调制解调器需要至少 8K 的存储空间来保存其当前的状态,低于这个数值就需要重新建立链接,这样一来就需要消耗更多的功耗。漏电流数值低于保持 8K 存储数据能力所需要的数值就是一种误导。更不用说,这家公司在宣传这款芯片时所提供的参数已经与其在最初的产品推介中所提供的参数有所不同了。

在任何一个行业中将产品做到极致都不是一件容易的事情,正像常言所说的那样需要付出超出常人的汗水和努力。所以,当我们告诉自己的设计团队说,我们 想要让他们拿出比那些参数还要出色30%的产品,而且样品必须要在2015年3月份准备好时,他们脸上表情的复杂程度是可想而知的。但是设计团队承受住了 压力并决心要超过我们所设立的目标。最终的结果就是 BTLC1000。这款产品已经在今年的国际消费电子展上推出,其重要特性包括:

· 与市场上现有的解决方案相比,蓝牙智能解决方案在动态模式下至少可以节省30%的功耗,从而开创了低功耗的新标准

· 尺寸极小的 2.1x2.1毫米晶圆级芯片尺寸封装能够给所有设备的设计带来灵活性

· 可与任何一种 Atmel 微控制器组合形成完整的物联网平台

在发布的通告中我们还列举了如下的一些重要特性,“待机模式电流低于1µA,具有业界最佳的动态功耗,在部分应用中电池寿命可延长一年的时间。”鉴 于这个博客不受保密协议的约束,所以我不能提供更多的具体参数,而只能说,这些都是真的,我们的产品技术参数确实要优于最佳蓝牙低能耗产品的技术参数,而 且超出的幅度要大于30%。这款产品就像一种真正的物联网产品,因为从设计的一开始我们的目标就是物联网应用和更长的电池寿命,而不是作为一个普通的调制 解调器进行设计,然后再将其进行相应的修改和转换为物联网产品品牌。

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像2.1x2.1毫米这样的小尺寸可以让各类产品在设计中都有机会获得独特的外形,同时还可以在现有产品中增加蓝牙低能耗这一功能,将其他类型的无线连接仅作为补充使用。

对于物联网人们有一种比较普遍的错误概念,那就是 大家都认为物联网是“永久”链接的时代。但是实际上物联网中大部分的“物”在其大部分时间内都处于“断开”的模式,只有在出现某个事件时,或者在预先设定 的某个时间间隔内才会被唤醒,所以漏电流是极为重要的。很多与蓝牙低能耗技术相关的产品都使用纽扣锂电池,标准工作电流为1到5mA。影响电池寿命的因素 有许多,例如放电率、放电曲线(恒定放电与周期放电,如峰点放电电流)、工作温度、湿度、相关的直流/直流变流器等。据我们一家同样从事电池生产的日本客 户介绍,虽然这些电池能够承受住远远高于5mA 的峰值电流(例如位于斯堪的纳维亚的一家公司的蓝牙低能耗芯片、一家总部位于剑桥且刚刚被他人收购的公司的芯片、位于德克萨斯的一家公司的芯片等),每一 次在超过5mA 这个阈值时电池的寿命都会减少。所以说5mA 的峰值电流是非常重要的一个参数。

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我们的蓝牙低能耗解决方案将会采用我们的 SmartConnect 架构和方法,将复杂的无线连接以黑匣子的方式呈献给微控制器设计人员,让他们能够将主要精力完全放在应用开发上,不必具备专业的无线连接技能就可以进入物联网这个巨大的市场当中。

Atmel 在创客社区内所做出的各种努力同样也是广为人知,特别是在 Arduino 用户当中。例如,我们早已经开始让创客社区有机会获得我们的无线产品,使用我们的 Arduino Wi-Fi 盾,这一产品早在2014年9月份就已经推出了。 可以想象一下,如果让他们获得我们的蓝牙低能耗 Arduino 的话,那些电子器件的能工巧匠们、业余爱好者以及开发人员会给我们带来什么样的创新。在诸如可穿戴设备、医疗保健和健身、便携式医疗电子设备等物联网领域 中,蓝牙低能耗技术已经成为他们实现无线连接的首选,可以使用智能手机通过他们所选定的网关进行通信。我相信,创客社区将会把这种应用进一步推广到物联网 的其他领域。

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