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(多图) Bluetooth Low Energy系统的开发

LAPIS Semiconductor?? 2014年02月18日 ?? 收藏0
在通过与智能手机和平板终端的结合来提高利便性的应用(例如钟表、健身/保健器材等)中,Bluetooth LE(Low Energy)正得到迅速普及。在这些应用中,纽扣电池驱动的设备居多,为了实现更长的电池寿命与更高的性能,对于低功耗化的要求日益强劲。不仅如此,由于毫无无线体验经验的用户也可通过身边的智能手机等连接Bluetooth LE,因此,Bluetooth LE在众多产品中的应用趋势已势不可挡。另一方面,要想利用以Bluetooth LE为首的无线系统,必须在特定的实验机构进行合标确认,并获得各国规定的无线电认证。因此,在研究从零开始构建系统时,需要充分的无线及协议相关知识,否则,极有可能在产品即将推向市场之前遇阻停滞。

在这种情况下,ROHM(罗姆)旗下LAPIS Semiconductor开发出支持Bluetooth LE的、实现业界顶级低耗电量(发送数据时9.8mA,接收数据时8.9mA,2秒间歇工作时的平均电流8μA)的LSI(ML7105-00x)。另外,取得耗时耗力的Bluetooth SIG认证和国内外无线电认证后向客户供货的模块也在开发中。

在此,针对本LSI和模块以及构建系统所需的示例软件、配置文件进行介绍说明。

<Bluetooth LE LSI>

首先,针对Bluetooth LE LSI(ML7105-00x)的内部结构进行说明(图1)。

【图1】Bluetooth LE LSI(ML7105-00x)的内部结构
【图1】Bluetooth LE LSI(ML7105-00x)的内部结构

本LSI搭载的电路块由无线单元(RF)、调制解调器单元(MODEM)、Bluetooth LE控制器单元、低功耗逻辑单元、电源单元(Main Reg. / Low Power Reg.)、振荡电路单元(26MHz/32kHz)、主机接口单元(UART、I2C、SPI、GPIO)构成。各单元的主要功能分别是:无线单元提供2.4GHz数据发送电路和数据接收电路,发送系统通过D/A转换器将调制解调器单元(调制器)输入的调制信号转换为模拟信号,再通过本地PLL与2.4GHz频段的信号叠加。然后,通过功率放大器放大到足够的功率作为电波由天线发射。接收系统输入由天线捕捉到的各种强度的接收信号,由低噪声放大器放大微小信号。后面的混频器将2.4GHz频段的频率转换为几MHz左右的中间频率,输入到带通滤波器,仅选择所需信道的信号。接着,由限幅器将信号放大,传输给调制解调器单元(解调器)。这些无线单元的特点是,采用PLL直接调制方式,对各电路块整体进行优化,从而实现更低峰值电流(10mA以下)。

然后,在控制器单元进行Bluetooth LE数据包的编码、解码处理,由链路处理单元(LL)与协议栈(GATT/ATT/SMP/GAP/L2CAP)发现设备并与发现的设备连接并提供双向通信。另外,通过与低功耗逻辑单元的联动,新开发了在电源关断时更加省电的抑制泄漏电流的电路;同时,还优化了Bluetooth LE的协议处理固件,缩短了数据包收发数据处理时间,使工作时的耗电量更低。然后,电源单元内置主稳压器和低功耗稳压器,在非通信时仅通过功耗更低的低功耗稳压器进行数据存储。通过这些设计,实现了整体泄漏电流的最小化。振荡电路单元内置主要工作用的26MHz和低功耗工作用的32kHz。特别是主要工作用26MHz振荡电路是按Bluetooth LE的连接间隔周期每次停动的,因此,通过调整,使从停动状态到启动之间的时间最短化,从而减少了待机电流。最后,主机接口单元配备了Bluetooth LE标准化的HCI(UART)和LAPIS Semiconductor独有的BACI(SPI)。HCI主要与PC连接,可用于无线认证试验。BACI与安装了Bluetooth LE配置文件和应用程序的主机微控制器连接,提供Bluetooth LE服务。

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Bluetooth Low Energy? 蓝牙低功耗? ML7105-00x?

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