SiP/設計生態系統助陣　藍牙低功耗一體化元件當道

這些連接的裝置除了主要作為感測器、執行器或兩者組合的功能以及無線優先，還有兩個共同的要求。它們需要與含主機和雲的其他裝置通訊；由於通常由微小的紐扣電池供電，因此它們還需要省電，以能自給自足並盡可能地小。

IoT對於設計人員來說是個具有挑戰性的領域，因為他們努力滿足用戶和消費者日益苛刻的需求和期望。雖然設計在物理尺寸上很小，但它們也是複雜的系統，結合許多不同的技術，設計人員必須利用精密的技術和低功耗組件來實現他們的目標。

藍牙低功耗

藍牙廣泛用於IoT應用，因為它可在每一部智慧手機和平板電腦上使用，從而提供幾乎無處不在的互聯網接入，且包含的特性與IoT部署需求非常吻合。藍牙低功耗最初被稱為「藍牙智慧」，它以數據包的形式傳輸數據，然後進入睡眠模式，從而節省了大量電能。藍牙4還支援在休眠時保持連接/配對，從而進一步省電。

藍牙仍在演進，在以後的版本中包括支援快速開發的功能如安全配對、AES-128加密和配置檔等。4.2版本的數據吞吐量提高了10倍，數據範圍提高了2.5倍，從而開啟了需要更大數據吞吐量的應用。

藍牙5是當前版本，並針對IoT應用進行了優化。頻寬增加了一倍，達到2Mbps，可能藍牙5最重要的進步是含網狀網路能力，省去中樞，從而可以創建更多大的IoT網路。

IoT應用

列舉IoT應用是個挑戰，因為有太多了，且還在迅速增加。IoT連接居住的家居、監控健康狀況、管理工作場所、改善居住的城市和行駛車輛等。IoT超越了消費和工業市場。在工業中，節點監控流程以提高產品品質，並監控機器以評估磨損情況，從而實現預防性維護，節省與停機相關的成本。

在物流方面，藍牙低功耗掃描器可以通過智慧標籤幫助追蹤庫存，而感測器則標記重新填充容器或補充庫存的需求。

隨著對電池電量的日益依賴以及全球對降低能耗的認識，能源管理已成為世界各地的重要問題。智慧建築中基於藍牙低功耗的IoT節點感知對熱、光、冷卻和通風的需求並即時控制燈、窗和暖通空調(HVAC)裝置，以便以最經濟的方式運行，通常在區域無人時關斷資源。 

在家中藍牙低功耗可追蹤白色家電的使用，甚至啟動再訂購，以自動裝滿冰箱。針對人口老齡化，藍牙使新一代的個人健康監測儀能夠遠程連接醫療專業人員與患者，從而減少到醫院就診的需求，同時提高醫療保健的品質。

IoT方案基於藍牙低功耗

IoT方案的實現可能很複雜，因為它們需要廣泛的技術協同工作。這可能包括微控制器、感測器的類比設計塊和用於通訊和電源管理的RF設計。通常需要在具有最小功率需求的小尺寸方案中結合這所有。

因此，設計人員正尋求專門設計用於支援快速、低風險設計流程的實現IoT應用的整合方案。舉例來說，現已有廠商如安森美推出的RSL10系統級封裝(RSL10 SiP)就是這樣一種元件的示例，它提供了向IoT節點添加藍牙低功耗的一體化方案。

RSL10 SiP是一款靈活的超微型藍牙5元件，將RSL10藍牙低功耗無線電系統單晶片(SoC)、整合天線和所有無源元件整合在一個完整的小外形系統中。該方案完全通過了全球所有標準(CE、FCC、IC、MIC、KC)的認證，無需更多的RF設計專知或認證，從而顯著縮短設計時間。SiP還含板載記憶體資源384kB的非揮發性快閃記憶體，其中256kB可用於用戶應用程式88kB的隨機存取記憶體(RAM)和直接記憶體存取(DMA)控制器。還有一系列可配置的外部介面，包括I2C、通用非同步收發器(UART)和雙串列周邊介面(SPI)(主/從)，提高靈活性用於廣泛應用。

RSL10 SiP可支援藍牙低功耗技術以及其他2.4GHz專有和/或自定義協定堆疊。支持空中韌體更新(FOTA)使製造商可在部署後提供更新並添加更多功能。

板載電源管理是對SiP元件實現IoT應用的關鍵要求。當工作在接收模式時，它只消耗7mW，在深睡眠模式下降至62.5NW。這使設計人員能最小化所需外部元件數，減小系統大小尺寸和重量。

寬工作電壓範圍對設計人員是個更有價值的特性，並擴大了藍牙SiP等元件的潛在應用範圍。電源電壓範圍為1.1至3.3V，支援使用1.2或1.5V電池，而無需外部DC-DC轉換器。它還能隨著電池電壓降低延長有用的工作時間。

工程師除了需要功能強大且高度整合的方案的優勢，現在還經常尋求工具和幫助，以在盡可能短的時間內以最低的成本和最少的專業資源完成設計。RSL10軟體開發套件(SDK)提供一個完整的基於Eclipse的整合開發環境，用於開發超低功耗藍牙低功耗應用(圖1)。

藍牙IoT開發套件(B-IDK)提供完整的節點到雲的方案，採用模組化設計，包括廣泛的感測器和執行器。便捷的CMSIS-Pack提供軟體支持，添加更高級別的功能RSL10 SDK。B-IDK CMSIS-Pack包含感測器驅動程式、雲支持和B-IDK平台特定的文檔。此外，移動應用程式支援控制硬體以及發布和訂閱(MQTT)來自多個流行雲服務的感測器和執行器數據。感測器開發套件也可為那些從事IoT設計的人提供非常有用的資源，可能是首次的。

目標低功耗/高整合　IoT裝置致勝關鍵

使用流行的協定通訊並使用超小電源運行的能力是IoT裝置致勝的關鍵因素。技術如藍牙低功耗隨時間從一種以非常近距離連接周邊的基本方式演進到實用的技術，滿足IoT的高度優化需求。元件如RSL10 SIP把外部元件和RF子系統整合在一個小的、高能效的封裝中，簡化了設計任務。把這與廣泛的支援工具相結合，幫助設計人員以最低的風險、成本和最少的時間向IoT節點添加低功耗的藍牙低功耗功能。

(本文作者為安森美半導體物聯網策略及行銷總監)