【導讀】在許多小型便攜式物聯網應用中，設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。
在許多小型便攜式物聯網應用中，設計工程師的最終挑戰是在使用單枚紐扣電池工作十年的同時提供可靠的無線連接。
這并非易事，大多數廉價的紐扣電池只能提供約240mAh的容量。但是，本設計說明表明，通過選擇具有低睡眠模式的無線片上系統（SoC），有可能在短距離和長距離無線連接上實現十年目標。
如果應用程序只能利用240mAh的能量，則無線設備必須將大部分時間用于睡眠，僅偶爾喚醒以進行無線傳輸（請參見圖1）。例如，7 ms的喚醒時間，5s的發送間隔和每小時120次無線傳輸動作的占空比為0.14％的喚醒時間和99.86％的休眠模式。這說明了為什么無線電SoC在休眠模式下消耗非常低的功率至關重要。
圖1：休眠模式占空比
對于通過短距離或中距離鏈路（通常長達50m）工作的電池供電應用，藍牙LE無線電技術是首選。對于超過1000m的遠距離傳輸，安森美半導體的AXM0F243無線微控制器支持Sub 1GHz軟件定義無線電（SDR）技術。
廣告模式
藍牙LE無線電使用2.4GHz頻段，擁有40個頻道，間隔為2MHz。其中保留了三個RF通道（37、38和39）用于廣告功能，這些功能允許發現附近的設備。通道0-36保留用于數據傳輸。廣告頻道占據頻譜的不同部分，以抵消來自802.11或Wi-Fi無線電傳輸的干擾（參見圖2）。
圖2：藍牙LE廣告頻道（來源：Accton Marketing）
廣告包的數據單元稱為協議數據單元（PDU），具有兩字節的報頭，用于指定數據有效載荷的類型和長度，最多37字節（廣告地址為6字節，數據為31字節）。
可連接和不可連接的傳輸
藍牙LE廣告數據包可以是“可連接的”或“不可連接的”。圖3顯示了通過功率分析儀測量的安森美RSL10片上系統（SIP）無線SoC的操作，并顯示了可連接（左）和不可連接（右）廣告事件，均在0dbm發射功率下。
雖然兩個事件都使用通道37、38和39，并且持續7毫秒，但可連接事件包括每個通道的接收脈沖。這是有道理的，因為可連接事件也旨在接收傳入的傳輸。所得的功率分析儀測量結果揭示了每種傳輸類型的平均電流：可連接事件為711.624µA，不可連接事件為504.307µA。
此外，RSL10 SIP的深度睡眠電流為160nA，RAM中保留了16kbytes的數據以用于藍牙LE協議棧，并運行一個內部計時器來喚醒自己。
圖3：傳輸可連接和不可連接數據包的功耗
RSL10 SIP電池壽命
圖4證明，在上述條件下，基于RSL10 SIP的系統的實際電池壽命從2.5s廣告間隔的可連接傳輸的10.97年到5s廣告間隔的不可連接傳輸的27.26年。這些計算假設使用240mA CR2032紐扣電池和5字節的PDU。
圖4：使用RSL10 SIP應用的實際電池壽命
對于更長距離的無線傳輸，安森美半導體的AXM0F243窄帶SoC實現153dB的鏈路預算，并且在915MHz頻率下以30dB的衰減工作時，可以傳輸37公里（23英里）的距離。對于1.1公里范圍內的傳輸，AXM0F243可以超過所需的10年電池壽命（見圖5）。
圖5：基于AXM0F243 SoC的遠程應用的實際電池壽命
因此，使用正確的無線電SoC，完全有可能在短距離或長距離范圍內達到10年的電池壽命。
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