Mendesain dengan Bluetooth Mesh:Chip atau modul?

Sampai saat ini, seri artikel ini telah membahas ikhtisar mesh Bluetooth dan cara memilih perangkat untuk aplikasi. Dalam angsuran terakhir ini, kita akan membahas apakah perangkat diskrit atau modul harus digunakan dalam desain.

Keputusan apakah akan menggunakan perangkat diskrit atau modul memiliki dampak yang sangat tinggi pada keberhasilan produk. Bluetooth Mesh memungkinkan IoT dan menghubungkan banyak hal secara nirkabel yang sebelumnya terhubung dengan kabel atau tidak terhubung sama sekali. Contoh sempurna adalah bola lampu. Sebagian besar bohlam yang diproduksi untuk aplikasi konsumen dikendalikan menggunakan sakelar dinding. Menambahkan konektivitas Bluetooth Mesh ke perangkat ini membutuhkan keahlian yang tidak pernah ada secara internal.

Singkatnya, produsen yang baru mengenal konektivitas nirkabel menghadapi keputusan apakah akan berinvestasi besar-besaran dalam mengembangkan keahlian nirkabel mereka sendiri atau menerapkan Bluetooth Mesh sebagai modul yang berdiri sendiri dan memusatkan sumber daya pada keahlian fungsional. Bagian berikut mengeksplorasi kerumitan yang ditimbulkan oleh konektivitas nirkabel dan cara membuat keputusan yang tepat saat memilih antara modul dan solusi terpisah untuk produk Anda.

Saat menambahkan Bluetooth Mesh ke produk, biaya dan kerumitan sistem akhir dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kerumitan desain papan, sertifikasi peraturan, kualifikasi Bluetooth, deklarasi, dan daftar. Mari kita bahas satu per satu.

Mendesain produk berkemampuan Bluetooth Mesh dengan perangkat terpisah

Merancang papan untuk Bluetooth Mesh membutuhkan keahlian dalam desain papan RF. Secara khusus, Bluetooth Mesh membutuhkan antena dan jaringan yang cocok. Ini menambah kerumitan pada desain papan. Desain antena dan ground clearance yang tepat diperlukan untuk mendapatkan penguatan antena yang baik. Komponen yang berhubungan dengan catu daya seperti kapasitor decoupling diperlukan. Perutean yang efisien sangat penting untuk operasi sistem yang stabil, dan perawatan ekstra diperlukan untuk memastikan sirkuit ini tidak mengganggu kinerja antena. Jam/kristal juga perlu mendapat perhatian khusus. Setiap penyimpangan frekuensi dapat mengakibatkan hilangnya paket, berdampak pada throughput dan efisiensi daya.

Untuk menangani semua kerumitan ini, diperlukan perancang papan RF yang berpengalaman. Untuk mempertahankan keahlian desain RF internal bisa mahal karena keterampilan yang dibutuhkan cukup khusus. Selain itu, papan mungkin memerlukan beberapa putaran agar dapat memberikan kinerja yang dibutuhkan.

Tantangan berikutnya setelah desain dewan adalah memenuhi sertifikasi peraturan. Setiap produk Bluetooth Mesh perlu menerima satu atau lebih sertifikasi peraturan RF berdasarkan negara tempat produk tersebut akan dijual. Sertifikasi ini memastikan tingkat radiasi berada dalam batas yang dapat diterima dan juga frekuensi pengoperasian tidak termasuk dalam pita frekuensi yang dilarang.

Hampir setiap negara memiliki badan sertifikasi regulasi RF sendiri. Untuk menjual produk Bluetooth Mesh di Amerika Serikat, produk harus mendapatkan sertifikasi Federal Communications Commission (FCC). Untuk Eropa, produk harus mendapatkan sertifikasi CE (Conformité Européene). Jepang membutuhkan MIC (Kementerian Dalam Negeri dan Komunikasi) sedangkan Kanada membutuhkan ISED (Inovasi, Sains dan Pengembangan Ekonomi), sebelumnya dikenal sebagai sertifikasi IC (Industry Canada).

Jika produk memenuhi persyaratan RF untuk keempat sertifikasi peraturan ini, kemungkinan besar produk tersebut juga akan memenuhi persyaratan peraturan untuk semua negara lain. Namun, masing-masing sertifikasi ini membutuhkan sejumlah besar pengujian. Pengujian dilakukan di laboratorium yang disetujui oleh badan pengatur ini, yang berarti bahwa tidak hanya sertifikasi, tetapi juga kegagalan, ada akibatnya. Misalnya, jika papan gagal, maka perlu dilakukan perubahan desain/komponen papan, lalu bawa ke lab lagi. Untuk setiap produk Bluetooth Mesh, sertifikasi ini dapat menghabiskan biaya lebih dari $20.000 jika dilakukan dengan benar pertama kali. Di luar biaya sertifikasi, peluncuran produk akan ditunda berdasarkan waktu tambahan yang dihabiskan selama setiap putaran sertifikasi. Dalam pasar yang kompetitif ini, waktu ke pasar sangat penting untuk kesuksesan.

Produk Bluetooth Mesh harus menjalani pengujian di fasilitas pengujian berkualifikasi Bluetooth SIG untuk dapat menggunakan merek dagang Bluetooth. Kualifikasi produk memastikan bahwa produk dapat dioperasikan dengan perangkat Bluetooth Mesh lainnya. Selain itu, pernyataan dan daftar diperlukan untuk mengamankan hak hukum untuk menggunakan nama merek Bluetooth pada produk dan untuk memasarkannya sebagai produk Bluetooth Mesh.

Mendesain produk berkemampuan Bluetooth Mesh dengan modul

Sebelum kita masuk ke keuntungan dan kerugian menggunakan modul dalam desain, mari kita tinjau apa itu modul dan apa yang ditawarkannya. Modul umumnya ditawarkan sebagai luas dalam hal ukuran, jenis antena, dan biaya. Modul mengintegrasikan sebagian besar atau semua komponen utama yang diperlukan untuk pengoperasian perangkat Bluetooth Mesh sambil mencapai kinerja yang diperlukan untuk aplikasi. Menggunakan modul menghilangkan kerumitan desain tata letak RF. Ada biaya tambahan untuk menggunakan modul, dibandingkan dengan membangun solusi terpisah, tetapi modul adalah cara tercepat dan termudah untuk menambahkan konektivitas Bluetooth Mesh ke produk jika tidak ada keahlian internal.

Keuntungan terbesar menggunakan modul adalah perancang sistem dapat memanfaatkan keahlian yang telah dipelajari dan diperoleh produsen modul selama bertahun-tahun. Keahlian ini bisa sangat luas, mengingat modul digunakan dalam banyak produk di berbagai industri. Singkatnya, perancang sistem dapat mengakses semua keahlian pabrikan tanpa harus melakukan investasi di muka dalam mengembangkan keahlian RF internal.

Perhatikan bahwa beberapa modul sepenuhnya bersertifikat dan menghilangkan kerumitan dan biaya yang terkait dengan mengamankan sertifikasi peraturan yang diperlukan. Untuk beberapa desain, perubahan kecil pada tata letak papan atau komponen berarti sertifikasi ulang lengkap.

Memilih antara modul dan solusi diskrit

Modul menarik untuk semua aplikasi dari sudut pandang R&D dan sertifikasi. Imbalannya adalah mereka datang dengan biaya tambahan dibandingkan dengan perangkat diskrit. Secara tradisional, OEM menggunakan titik impas untuk menentukan apakah akan membeli atau membangun. Jumlah ini menyeimbangkan peningkatan biaya per papan dibandingkan dengan investasi waktu dan uang untuk mengembangkan keahlian internal.

Karena kerumitan dan berbagai biaya yang terlibat, modul Bluetooth Mesh dapat efektif hingga volume dalam kisaran 250 ribu unit. Untuk volume yang lebih tinggi, pendekatan berbasis perangkat diskrit biasanya lebih ekonomis. Namun, bagi banyak OEM, harga bukanlah satu-satunya pertimbangan. Secara keseluruhan, menambahkan konektivitas mungkin tidak begitu penting dalam sistem yang kompleks atau memerlukan beberapa sertifikasi khusus aplikasi. OEM akan lebih memilih untuk menjaga sumber daya teknik tetap fokus pada nilai tambah perusahaan yang sebenarnya. Ada juga pertimbangan tambahan tentang apa yang diperlukan untuk mempertahankan peningkatan konektivitas di masa mendatang dan putaran ulang papan serta sertifikasi yang mengikutinya.

Untuk setiap produk baru yang volume awalnya tidak dapat diprediksi, biasanya merupakan ide yang baik untuk memulai dengan sebuah modul. Ini membuat investasi tetap rendah. Jika volume produk naik, produk dapat bermigrasi ke solusi berdasarkan perangkat diskrit. Jika ini adalah strateginya, penting untuk memilih modul yang menyediakan jalur transisi yang mudah ke perangkat diskrit.

Jika IC dan modul Bluetooth Mesh disediakan oleh vendor yang berbeda, migrasi mungkin memerlukan alat pengembangan yang berbeda, sehingga meningkatkan kerumitan yang diperlukan untuk membuat perubahan pada firmware. Memilih vendor yang memproduksi baik IC, maupun modul, memberikan keuntungan yang signifikan. Dalam kebanyakan kasus, mereka juga memastikan bahwa solusi dan modul berbasis perangkat diskrit menggunakan alat pengembangan dan kit pengembangan perangkat lunak yang sama. Dengan demikian, firmware mungkin tidak memerlukan perubahan apa pun untuk menyelesaikan migrasi ini. Ini berarti Anda hanya membutuhkan papan re-spin dan sertifikasi untuk menurunkan biaya produk Anda.

Misalnya, Cypress menyediakan IC serta modul dalam berbagai ukuran dan opsi antena. solusi diskrit dan modul berdasarkan IC tersebut didukung dalam alat pengembangan yang sama yang menyediakan jalur mulus untuk migrasi. Misalnya, tabel di bawah ini menunjukkan contoh CYW20819, perangkat Bluetooth Mesh, dari Cypress dan bagaimana perbandingannya dengan modulnya masing-masing.

CYW20819CYBT213043-02 (modul berbasis CYW20819)Software Development Kit (SDK)BT SDKBT SDKIntegrated Development Environment (IDE)ModusToolbox ^TM ModusToolboxTransmit Power4 dBm4 dBmAntennaNoPCB24-MHz crystalTidakYaSertifikasi PeraturanNoFCC, ISED, MIC, CE

Seperti yang ditunjukkan pada tabel, baik IC maupun modul didukung oleh SDK dan IDE yang sama yang memudahkan peralihan antara modul dan perangkat diskrit tanpa investasi tambahan pada firmware. Pada saat yang sama, modul mendukung semua fitur perangkat dan memberikan semua keuntungan sebagai kristal dan antena terintegrasi serta sertifikasi peraturan.

Modul bersertifikasi penuh dapat menjadi titik awal untuk setiap produk Bluetooth Mesh. Untuk <250K unit, solusi berbasis modul cenderung lebih ekonomis dibandingkan dengan desain berbasis perangkat diskrit. Untuk volume yang lebih tinggi, desain berbasis perangkat diskrit dapat lebih hemat biaya tetapi memerlukan keahlian yang signifikan untuk mengembangkan biaya inhouse atau outsourcing. Jika memulai dengan modul, penting untuk memilih modul yang menyediakan jalur migrasi yang mudah ke perangkat terpisah seiring dengan peningkatan volume.

Baca artikel sebelumnya dalam seri “Mendesain dengan Bluetooth Mesh”:
Bagian 1:Node dan jenis fitur
Bagian 2:Komunikasi simpul
Bagian 3:Privasi dan keamanan
Bagian 4:Persyaratan perangkat