Uzun Battery Life Cihazları için Bluetooth Low Energy'nin Güç Tüketim Profillerini Anlayın

Bluetooth Low Energy (LE), elektrik monitörlerinden ve akıllı gözlemlerden tıbbi sensörlere ve akıllı ev düğümlerine söz verilen çok boyutlu batarya ömrüne sahipken kablosuz bağlantı kurma yeteneği haline geldi.

Bu profilleri kavrayabilen geliştiriciler, mevcut çizen temel parametrelerini inceler. Bu makale, gerçek dünya ürünlerinde batarya yaşamını optimize etmek için harekete geçebilecek stratejilere yol açabilir.

Vakıf: Bluetooth LE Power Profilleri ve Devletler

Bluetooth LE basit bir prensip etrafında tasarlanmıştır: beş ana eyaletten en az radyo elde eder.The protokol bunu, [[Dönetici:0)Bluetooth Core)[Dönetici: 3 )Her Bluetooth LEurture[Dönetici:|Dönetici|Dönetici|Dönetici)[Dönetici)[Düzzamanlı)[Düzüğün tamamının (Düzüğün) ve [Düzüğün))))))))))

Her devlet, radyo frekansı, çıkış gücü, paket uzunluğuna ve görev döngüsüne bağlı olarak değişen mevcut tüketim profiline sahiptir. Bir geliştirici için merkezi zorluk bu ülkeleri düzenlemektir, böylece radyo en düşük güç durumdaki zamanının ezici çoğunluğunu geçirir - Standby - hala keşif ve veri transferi için başvuru gereksinimleri karşılamak.

Anahtar Güç Tüketimi Moduları Detaylı

Reklam Modu

Reklam, bir Bluetooth LE periferisinin varlığını ilan ettiği mekanizmadır. Cihazın, üç özel reklam kanalına (37, 38, 39) merkezi bir cihaz (bir akıllı telefon veya ağ geçidi gibi) sık sık sık sık bir enerji drenajı kaynağıdır.

Reklam sırasında tüketilen güç üç birincil faktöre bağlıdır:

  • [FONT=0)Output gücü (Tx gücü))[Uygun güç aralıkları artıyor, ancak aynı zamanda daha yüksek akım çizilebilir. A tipik Bluetooth LE radyo 0 dBm ve iki kat +8 dBm.
  • [FONT=0]Advertising aralığı[[Döntgen: 1)[Dönetici:)))[Dönetici:0)))))))))))))))))))))) Başarı reklam etkinlikleri arasında zaman.İkinci başına 50 olayda, bataryayı 1 saniyeden fazla harcıyor, ancak daha uzun aralıklarla keşif gecikmesini artırıyor.
  • [FONT:0)Packet uzunluğu[[Dönetici: 1) Reklam ücreti 0 ila 31 arasında değişebiliyor. Etkinliğe yönelik daha fazla veri gönderin radyoyu biraz genişletin, ancak baskın maliyet paketi önbellek ve erişim adresidir.

Hızlı keşif gereksiz olan uygulamalar için - bir dakika içinde yayın yapan bir sıcaklık sensörü gibi - reklam aralığı birkaç saniyeye kadar ayarlanabilir, mikroamps'ten nanoamps'a kadar ortalama akımları azaltır.Birçok ürün de uygulamaFLT:0) Hızlı bir reklam) güçten kısa bir süre sonra (örneğin, 30 saniye, 20 ms aralıklarla 30 saniye) yavaş, uzun vadeli reklam moduna geçiş yapmadan önce.

Reklam Extensions (BLE 5.0+)

Bluetooth 5.0, FLUM'u tanıttı: 0)Extended Reklam[[Dönetici:0)[Düzücü Reklamlar[Döneticiler için) ve genişletilmiş reklam, toplam 37 veri kanalına daha fazla yayınlanmalı, ancak alıcının yalnızca belirli zamanlarda tarama yapmasına olanak sağlar.

Tarama Modul

Scanning reklam için bir çözüm. Üç ana kanaldaki reklamlar için bir tarama cihazı dinliyor. Çoğu batarya destekli cihazlar periferik olarak hareket ediyor ve sık sık tarama yapmıyor, ancak tarama akıllı telefonlar, ağ geçidi ve diğer cihazları keşfetmeniz gereken bazı gelişmiş sensör düğümleri.

Tarama penceresi her kanalda radyo dinleyicileri süresidir. Daha uzun bir pencere, reklam alma şansı artırır, ancak daha güncel hale gelir. tarama aralığı, başarı tarama pencerelerine karşı boşluktır.Her saniye sadece 30 ms için dinleyen bir pasif tarayıcı sürekli olarak çok daha az enerji harcıyor.

Bağlantı Modu

Bir bağlantı kurulduktan sonra, periferik ve merkezi bir süre içinde belirli bir veri değişimi programına girer.() bağlantı aralığı) ile her bağlantı olayı, her iki kanalda da geç ve paketler almak için güç kullanır.[Dörtüncü) ve kabul edilir.

Bir bağlantıdaki büyük güç faktörleri şunlardır:

  • [FONT:0)Bağlantı aralığı[[[Dönetici: Yüksek aralıklar ikinci, ortalama akımdaki olayları azaltır. Ancak, ayrıca geç kalmışlığı arttırır ve en fazla kesintiyi azaltırlar.
  • [FONT:0]Slave latency[[Dönetici: 9 kişilik köle cihazı (peripheral), yalnızca her 100 bağlantı aralığına kadar atmasına izin verilir. Bu belki de bağlantılı bir cihazda tasarruf gücü için en güçlü knob. 99 kişinin gecikmiş bir sensörüdür.
  • [FONT:0)Data throughput[[DDDDDDDDDD)[DDDD)[DDDDDDDDDD)[Döneticileri paketler veya daha yüksek PHY oranlarına göre 2 Mbps gibi daha hızlı gönderme) belirli bir miktar veri için radyoyu azaltmaktadır.

Uyku Modu (Standby)

Standby'de radyo tamamen güçleniyor. İyi tasarlanmış bir Bluetooth LE çip, sadece birkaç yüz nanoampi uyku modunda geçirir - genellikle sistemdeki gerilim düzenleyicisi veya gerçek zamanlı saat boyunca, mümkün olan en derin uyku durumlarını korumak için bilgisayar destekli bir şekilde kontrol edilebilir.

Birçok cihaz sadece bir reklam olayı veya bağlantı olayı gerçekleştirmek için uyanır, sonra hemen uykuya geri döner.TheurFLT:0)d döngüsü[Dön zamanlı olarak bölünmüş durumda) (toplamda yaklaşık 10 mA * 0.002 + 1 μA * 0.998 ⁇ 21 μA. Bu, aktif ve 1 μA'nın üzerindeyken bütçe içinde% 0.2% 322032+ şarj edilir.

Faktörler Toplam Güç Tüketimini Etkiliyor

Temel mod parametrelerinin ötesinde, birkaç sistem düzeyinde faktör gerçek dünya enerji tüketimini etkiler:

  • [FONT=0)Transmit gücü[[Dönetici: Her 3 dB, çıktı gücünde kabaca iki katına çıkar. Güç yükselticisinin mevcut çizilmesini kullanın. Özellikle kısa menzilli dağıtımlarda gerekli minimum gücü kullanın.
  • [FONT:0)PHY modu [Dönemli: Bluetooth LE, 1 Mbps (LE 1M), 2 Mbps (LE 2M), ve uzun menzilli Kodlanmış PHY (125 kbps ve 500 kbps) kodlanmış PHY, hata düzeltmesi için tekrarlanır, ancak en yüksek veri oranını kullanarak mümkün olan en yüksek veri oranını kullanarak, en yüksek veri oranını kullanarak tekrarlanır.
  • [FONT:0)Channel koşullar[Dönetici: Interference ve çoklupath, yeniden yüklemelere yol açan paket kayıplarına neden olabilir. Reklam kanallarında tekrarlanan çarpışmalar enerji kullanımını artırır. Adaptif frekans umut eder, ancak gürültülü ortamlarda, güç tüketimi yükselir.
  • [[Dönetici işleme[[Dönetici:0)[Döneticiler işleme[Döneticiler)[Döneticiler)[MCU, düşük güç MCU kullanarak ve bilgisayarları olaylar arasında uyumak için optimize etmek önemlidir. Birçok SoCs, Bluetooth LE ve MCU'yu bir araya getiriyor.
  • [FONT:0)Peripheral sensörler[[Dönetici: Duyucu okumalar (örneğin, hız) çok sık yapılan güç tüketimine hakim olabilir ve çoğu zaman sensör tutmak için patlamalar gönderebilir.

Ölçme ve Modelleme

Batarya hayatını optimize etmek için, geliştiriciler cihazdaki gerçek mevcut profillerini ölçmek zorundadır. AAHFLT:0) Mevcut bir süre boyunca alanı bütünleştirerek, mühendisler ortalama mevcut ve tahmin batarya hayatını hesaplayabilirler.

Birçok SoC satıcısı, bağlantı aralığı, paket büyüklüğü ve görev döngüsü gibi parametrelere dayanan Excel tabanlı güç hesaplayıcıları sağlar. Bu araçlar iyi bir başlangıç noktasıdır, ancak yönetimsel ve gerilim düzenleyici verimliliğine sebep olabilir.

Önemli bir nuance: bataryanın iç dürtüsü yüksek akım pulları sırasında gerilim düşmesine neden olabilir (örneğin, 10 mA for 2 ms). Eğer gerilim çipin kahverengiout eşinin altında kalırsa, cihaz şarj edilebilir.

Güç Tüketimi Optimizasyonları için Stratejiler

İşte pratik stratejiler, mod tarafından gruplandırılıyor, bu geliştiriciler hemen başvurabilir:

Reklamlama

  • [FONT:0] İki aşamalı bir reklam programı kullanın : Reklam hızla (e.g., 20 ms) sadece güçten 30 saniye sonra, yavaş bir aralığına geçiş (örneğin, 1-4 saniye) Bu, hızlı bağlantı kurma ihtiyacı olan bir boşluk için standarttır.
  • [[Dönetici ücretinin uzunluğu[[Dönetici: 1 ): Reklamda sadece temel bilgiler ekleyin. Ek veriler bağlantıdan sonra alınabilir.
  • [[Dönetici:0)İlginçli reklam[Döneticiler: Eğer periferi merkezin adresini bilirse, bu daha verimlidir, çünkü belirli bir cihaz hedefler ve bağlantı bir kez durur.
  • [[Dönetici:0) Bağlantısız reklam kullanma [Dönetici: • Yayın için uygulamalar (yalnızca) bağlantı durumunu korumak için bağlantı dışı reklam kullanma.

Optimizing Connections

  • [FONT:0]En uzun kabul edilebilir bağlantı aralığı[[Dönem: 1) Bir sensör için, bir saniye içinde bir kez rapor eden bir sensör verimlidir.Eğer geçncy kabul edilebilirse, daha yüksek gidin.
  • [[Dönetici:0) Köle geç kalmış agresif bir şekilde [Döntme: 1) Köle, en fazla bağlantı olaylarını atabilir. Uygulamanın tolere edilebilir olduğu gibi atlanan olayların sayısını üst düzeye çıkarabilir. Örneğin, her 10 dakika ile köleyi geçebilecek bir hava istasyonu, 600 olaydan 599'a kadar etkin bir şekilde uyuyabilir.
  • [FONT:0]Bundle verileri[[[DDÜT:1): Bir seferde sensör okumalarını göndermek yerine, birkaç okuma toplayın ve DLE kullanarak büyük bir bildirim gönderin.
  • [FONT:0]Disconnect When idle[[DÜT:1): Bir bağlantı uzun süre gerekli değilse, aşağı yukarı aşağı inip reklam veya uykuya geri dönün.

Optimizing Sleep

  • [FONT:0]En düşük güç uyku modunda [Döntilmiş: 1): İskandinav nRF52'de, RAM tutma sistemi; TI CC13xx'da, RTC'nin kullandığı düşünülemez periferiler.
  • Minimise uyanma Saatlik Görev döngüsü: <500 nA çizen 32 kHz osilatör kullanın. uyanma süresi için yüksek hızlı bir osilatör kullanmaktan kaçının.
  • [FONT:0)Reduce GPIO sızıntı[[Dönetici: Refigure-Döneksiz GPIOlar, ekstra akımdan yüz yüzen pinleri önlemek için düşük çıktılar.

Sistem-Level Optimizasyonu

  • [FONT:0)Power-gate sensörler ve dış bileşenler[Dönetici: Kullandıklarında algılama gücü, algılamaya veya GPIO kontrollü bir güç, kullanımlarında olmayan sensörleri kesmeye gücü verir.
  • [[Dönetici:0) Verimli bir gerilim düzenleyicisi kullanın[Dönetici: Low-drop düzenleyicileri yüksek quiescent mevcut olabilir; geçiş dönüştürücü daha büyük bataryalar için gerekli olabilir.
  • [FONT=0)Consider BLE 5.1+ yön bulmak): AoA/AoD kullanıyorsanız, anten geçişinin gerekli olmadığı zaman motoru bulma yönünden kurtulduğunun farkında olun.

Gerçek Dünya Örneği: Fitness Tracker

Tipik bir fitness pisti her birkaç dakika bir akıllı telefona bağlanır. Cihazın 20 ms aralıklarında 30 saniye boyunca reklam aralıkları açık olduğunda, sonra 1 saniyenin bir reklam aralığına düşer.Bir kez bağlantılı olarak, TX sırasında 30 mA'yı kullanır (daha düşük gecikme için) ve 1 saniye boyunca bir süre sonra, 2 saniye boyunca bir saniye boyunca, daha gerçekçi bir şekilde iki saniye boyunca, daha erken bir şekilde bir web sitesi ile bir araya gelir.

Future Yol Tarifi

Bluetooth LE, daha düşük güce bile gelişmeye devam ediyor.WENGT:0)Mavitooth LE Audio), protokol LC3 kodc ve akış senkronizasyonu tanıtıyor, ancak temel radyo tüketimi benzer kalıyor.In developers, kanal seslerini ve diğer özelliklerini etkiler, geliştiriciler için anahtar, görev döngüsüni azaltabilecek yeni özellikler hakkında bilgi sahibi olmak, yanıt (PAwR) ve temel radyo tüketimi ile senkronize etmek gibi (PAwR) ve tek bir kanal haritasına senkronize etmek için.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bluetooth LE ile uzun batarya hayatını sağlamak, dikkatli bir ticaret-off mühendisliğinde bir egzersizdir. Reklam, bağlantı ve uyku modları - ve bu profillerin otomatik olarak ayarlanması, geçncy ve aktarma gücü ile - geliştiriciler ortalama mevcut mikroamp aralığına itebilir. Sonuç, daha önce kablosuz bağlantı ile pratik olan bir cihazdır.