SoC Bluetooth 5.1: Solusi Ultra-Kompak dan Hemat Biaya untuk Perangkat IoT
Bluetooth Low Energy (BLE) telah menjadi tulang punggung ekosistem IoT, memungkinkan sambungan nirkabel jarak dekat dan rendah daya yang menjaga gadget beroperasi baterai tetap berjalan selama bulan atau bahkan tahun. Pertumbuhan meledaknya pelacak kebugaran, jam tangan pintar, dan wearable lainnya telah mempercepat adopsi BLE di seluruh industri.
Perangkat Bluetooth tipikal (Gambar 1) terdiri dari host dan controller. Host menjalankan tumpukan Bluetooth dan logika aplikasi sisi host, sementara controller menangani operasi basisband untuk Bluetooth klasik (BR/EDR) atau BLE. Keduanya berkomunikasi melalui antarmuka host-controller (HCI).
Gambar 1: Diagram blok arsitektur Bluetooth single-mode dan dual-mode.
BLE pertama kali muncul di Bluetooth 4.0, dengan revisi berikutnya 4.1 dan 4.2 menambahkan penyempurnaan bertahap. Lompatan nyata datang dengan Bluetooth 5, yang memperkenalkan laju data 2 MB/s, peningkatan cakupan empat kali lipat hingga 240 m, dan perbaikan hemat daya yang signifikan.
Bluetooth 5.1, diumumkan akhir 2018, membangun keuntungan itu dengan menambahkan kemampuan lokasi. Standar ini mendukung dua teknik posisi—sudut kedatangan (AoA) dan sudut keberangkatan (AoD)—memungkinkan perangkat menentukan posisi satu sama lain dengan akurasi tingkat meter.
Hari ini sebagian besar wearable bergantung pada BLE karena ia menawarkan solusi hemat biaya dan ultra-rendah daya yang dapat di daya oleh baterai kecil selama bulan atau bahkan tahun. Dialog Semiconductor memperkenalkan yang disebutnya SoC Bluetooth 5.1 terkecil dan paling hemat energi, DA14531. Modul pendampingnya menyederhanakan pembuka dan membuka peluang yang lebih luas untuk penerapan IoT.
SoC SmartBond TINY dibangun di sekitar inti ARM Cortex-M0+ 32-bit, dengan memori terintegrasi dan serangkaian komprehensif periferal analog dan digital. Dengan mengintegrasikan fungsi-fungsi ini secara erat, Dialog mengurangi jejak solusi BLE sambil mempertahankan performa tinggi. Dalam volume besar, kemampuan BLE SoC dapat ditambahkan sebesar $0,50.
Pemaketannya berukuran 2.0 × 1.7 mm membuat DA14531 ideal untuk perangkat yang terbatas ruang seperti stilus elektronik, label rak, beacon, dan tag RFID aktif untuk pelacak aset. Chip ini juga cocok untuk aplikasi yang memerlukan penyediaan, seperti kamera, printer, dan router nirkabel.
DA14531 memperluas konektivitas nirkabel ke arena medis terhubung. Kasus penggunaan potensi termasuk inhaler, pengobat obat, timbangan, termometer, dan glukometer (Gambar 2).
Gambar 2: Diagram blok DA14531.
Terjemahan dalam pemaketan 2.0 × 1.7 mm, SmartBond TINY setengah ukuran pendahulunya, menurut Dialog. SoC hanya membutuhkan enam komponen eksternal—satu sumber jam dan sumber daya—untuk membentuk sistem Bluetooth energi rendah yang lengkap (Gambar 3). Jejak minimum ini memungkinkan perancang mengintegrasikan chip ke dalam hampir setiap desain pemantauan RF.
"Komponen eksternal sangat terbatas; dua kapasitor diperlukan. Induktor daya dapat diabaikan dalam beberapa kondisi," kata Adrie Van Meijeren, manajer pemasaran produk Amerika, Bluetooth Low Energy, di Dialog Semiconductor.
Gambar 3: Diagram sistem daya sel baterai alkali — konfigurasi boost.
Desain modul menjamin keawetan dan keandalan bahkan dengan baterai kecil, dan membebaskan pelanggan dari beban sertifikasi platform mereka sendiri, sehingga menghemat waktu, usaha, dan biaya. Konverter DC/DC terintegrasi DA14531 mendukung rentang input luas 1.1 V hingga 3.3 V.
"Mengenai baterai dan konverter DC/DC, kami dapat bekerja dengan baterai 1.4-V/1.5-V apa pun selain baterai koin 3-V. Karena konverter boost ada di papan, ini mengurangi biaya. Efisiensi DC/DC sedikit tergantung pada kualitas induktor, tetapi Anda dapat mencapai sekitar 85 % efisiensi," jelas Van Meijeren.
"Fitur DC/DC sangat penting, terutama untuk baterai sekali pakai. Baterai ini sering memiliki kapasitas kecil—sekitar 15 mAh. Arus awal konverter boost membatasi induktor dan kapasitor, dan kami memberikan pembatas arus yang dapat diatur antara 6 mA dan 96 mA, memungkinkan kami memulai dari baterai apa pun, terlepas dari kondisinya," tambahnya.
Dengan konsumsi daya ultra-rendah BLE, banyak aplikasi dapat berjalan pada satu baterai kecil selama empat atau lima tahun, yang penting untuk perangkat yang hanya bertukar lonjakan data kecil secara jarang.
Dialog juga menawarkan Kit Pengembangan DA14531 SmartBond TINY, yang mengintegrasikan SoC dan menyediakan dua header mikroBUS dan antarmuka Arduino untuk fungsionalitas tambahan (Gambar 4).
Gambar 4: DA14531 SmartBond TINY Development Kit Pro.
Bluetooth hadir dalam sekitar 8,2 miliar perangkat di seluruh dunia, dari smartphone hingga laptop. Cisco memperkirakan bahwa pada tahun 2020 lebih dari 50 miliar perangkat pintar akan digunakan, dengan Bluetooth SIG mendukung hingga satu pertiganya.
Dengan miliaran perangkat yang diaktifkan BLE di pasar, rentang aplikasi sangat luas. Memilih BLE untuk proyek mempertimbangkan bentuk padat, karakteristik listrik, fungsionalitas yang diinginkan, alat pengembangan perangkat lunak, dan dukungan teknis.
