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一款蓝牙低功耗SoC将数以十亿的IoT设备连接成本降至 0.5美元

关键词:IoT设备 无线连接 低功耗蓝牙SoC-SmartBond TINY

时间:2019-11-07 11:31:32      来源:中电网

万物互联的时代正在开启,IoT设备对无线连接的需求与日俱增,然而一些标准化一次性消费类、智慧医疗、智能家居等设备目前还未添加无线连接功能,例如咖啡机、注射器、配药机、温度计等,主要原因是给这些设备添加无线连接的成本过于昂贵,为了解决IoT设备成本上升的挑战,Dialog 公司推出一款小尺寸的低功耗蓝牙SoC-SmartBond TINY。

万物互联的时代正在开启,IoT设备对无线连接的需求与日俱增,然而一些标准化一次性消费类、智慧医疗、智能家居等设备目前还未添加无线连接功能,例如咖啡机、注射器、配药机、温度计等,主要原因是给这些设备添加无线连接的成本过于昂贵,为了解决IoT设备成本上升的挑战,Dialog 公司推出一款小尺寸的低功耗蓝牙SoC-SmartBond TINY。激动人心的是,该芯片可以将设备添加蓝牙连接功能的成本降低至0.5美元,让数以十亿的IoT设备不但具备了无线连接功能,而且可以大大降低连接的成本,从此变得智能化。

近日Dialog公司在北京发布了这款低功耗蓝牙SOC-SmartBond TINYDA14531。Dialog半导体公司低功耗连接事业部总监Mark de Clercq表示,针对年用量在1000万片以上的一次性设备,SOC-SmartBond TINY将任何系统添加蓝牙低功耗连接功能的成本降低至0.5美元,更重要的是0.5美元不仅仅包含蓝牙芯片本身,而且还包括外部的一些无源器件和晶振等。他还强调,尽管成本下降了,但该芯片在性能和尺寸上不做任何妥协。换句话说,SmartBond TINY芯片尺寸更小,仅为现有方案的一半,成本较低,同时支持最新的蓝牙5.1标准的核心规范。

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Dialog半导体公司低功耗连接事业部总监Mark de Clercq

Mark将物联网比喻成金字塔,最顶端可以理解为一些高端定制化产品,需求量不大,成本较高;逐渐往下走是一些定制化向标准化转变的产品,如一些标准化可充电产品;最低端为标准化可替换的设备,这个金字塔的底端设备用量较大,成本较低,因其成本的缘故,有些设备还没能完全实现连接,而DA14531即TINY系列产品的使命便是助力下一波十亿物联网设备实现连接功能。

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SoC-SmartBond TINY DA14531

超低成本是如何做到的?

那该器件的低成本是如何实现的呢?据Mark介绍,首先从物料方面看,毋庸置疑物料越少成本越低。DA14531芯片面积仅有1.7×2.0mm,不但从晶圆上做了节省,而且在芯片外部的元器件也保持在最小的用量,减少至6颗无源器件,包括2个电感器、3个电容器和1个外部晶振,实现了单个外部晶振的运行,并且没有任何的功率损耗。

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其次在电源上,Dialog是唯一一家将降压/升压集成的公司,成本节省0.2美金;对于一些对成本敏感而功率可以让步的应用,Dialog设计了旁路模式,可以省掉电感器和电容器,整体成本可以节省3美分。

DA14531选择了更适用于一次性设备的低功耗、小型电池。另外从环保方面讲,如何使上亿的一次性设备废弃后对环境造成极小的影响?Mark 表示,DA14531选用对环境影响最小的一次性电池,比如一次性氧化银电池、锌空电池、碱性或钮扣电池。

在封装设计上,DA14531采用双层电路板的设计方案,无需微过孔,降低了PCB成本。

单个32MHz外部晶振运行,无需32kHz, 且不会造成功率损耗,成本节省7美分(1百万片用量)

成本降低,性能不妥协

SmartBond TINY 通过了世界领先的嵌入式微处理器测评协会-EEMBC的 IoTMark™-BLE测评,主要针对边缘节点,将设备连接到传感器读取并处理数据,再从空中发送到另外一个设备上。Markt称,在这个测评中SmartBond TINY获取了创历史新高的18300的分数,在功率效率上比竞品高达35%。

低功耗是如何实现的?

Mark介绍,SmartBond TINY 搭载了一个专用于峰值电流限制器的电源管理,使得从电池当中得到的电流在峰值时得到限制,避免对电池进行毁坏。从中可以实现一些关键数据,在室温25摄氏度的时候保持240nA的休眠电流,反之在相对低温5摄氏度进行冷存时,可以达150nA的休眠电流,另外睡眠模式700nA以及1.6uA下,所有内存均处于活跃状态,随时可以被唤醒。

Mark强调说,整个发射、接收电流,可以实现小于10甚至小于7毫瓦的功率,这个数字是非常了不起的。并且用户可以根据所需去选择无线电的输出功率,做灵活调整。

关键特性

在谈到SmartBond TINY技术细节上,Mark 展示了一张电路框图,该器件包含了独立单片机所需的所有组件,支持蓝牙5.1的核心规范协议栈、不仅可以作为独立的芯片系统来使用,同时也可以作为模块嵌入到更大的微控制器单元中,集成的DC-DC转换器,支持降压模式、升压模式、旁路模式;无线电可编程输出功率为-19.5到2.5dBm,灵敏度为-94dBm。同时SmartBond TINY保持了智能唤醒的功能;集成温度传感器。

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目标市场

DA14531以较低成本应用到一些智慧医疗如注射器、吸入器、血压监测仪、温度贴;用app轻松调试设备,如机顶盒、打印机、相机、咖啡机、无线访问接入点;低成本遥控器;简单的无线传感器,如无线温度计;食器/药物冷链监控;物品追踪设备中,还可为现有MCU设计轻松添加蓝牙传输通道。

举个智慧医疗方面的例子,以往的一些设备如体重秤、温度计或温度贴在使用上都有一些局限性,以吸入设备来说,像患有哮喘的病人,需要长期服药。又比如糖尿病患者需要实时注射胰岛素。记录自己药物的使用时间、用量和药物类型,为患者增加了很大的负担,产生一些误差也在所难免,但医务人员需要准确的药物用量数据来调整治疗方案。为减少人为的不确定性,今后可以用蓝牙低功耗的连接功能,将吸入器设备数据直接传送到手机,医生可以看到准确的实时数据,从而得到更好的治疗效果。

软件和工具

为了使这一款芯片能够更好、更简便地使用,Dialog还提供相关软件和工具。如下是两个开发套件:Pro专业版,包括了母板和子板,子板可以接入母板。母板可以实现一些功能,比如实时测量功耗、连接传感器和执行器等。支持两个标准:mikroBUS总线和Arduino Shield扩充板接口。USB开发套件,为Pro的简易版,实现USB与电脑连接。

针对于低用量客户,Dialog推出了SmartBond TINY模块,预计在2020年第二季度量产。对于一些没有足够的RF经验,对蓝牙本身也不太了解的工程师,该模块可以让你轻松入手,且缩短上市时间。

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Dialog半导体业务状况

Dialog蓝牙低功耗SoC针对不同市场需求,DA146xx系列为高端产品,可扩展性能更强,有丰富的外设组合和卓越的安全性;而DA145XX系列主要面向低端消费类产品,主打灵活简便性,低功耗、小尺寸、低成本是该系列产品的方向。迄今为止Dialog已经出货了3亿颗蓝牙低功耗SoC,而且年平均增长率是50%左右。

据了解,Dialog半导体三大业务板块包括混合信号、蓝牙低功耗连接技术、音频等等。Mark 透露Dialog2018年营收14.42亿美元,同比增长7%。今年一至三季度已经实现了10.4亿美元的营收,其中第三季度的营收为4.09亿美元。物联网时代的开启为众多企业带来了新的机会与挑战,这对于Dialog也不例外,Mark分享到他们重要关注物联网的四个细分行业,包括连网消费、智慧医疗、智能家居、智能家电;另外移动、汽车、计算和存储也是他们的重点关注领域。Dialog预测,凭借该公司的电源转换、连接技术、可配置混合信号、音频和充电 IC 产品所针对的市场,预计将以 13% 的年复合增长率增长,到2021年达到130 亿美元的市场总额。

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