低功耗藍(lán)牙模塊實現(xiàn)低功耗的原理

目前市場上的無線通訊技術(shù)有多種，其中wifi、藍(lán)牙和NFC等等在生活中都較為常見。這幾種無線通訊技術(shù)也廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)市場，其中wifi是熱點(diǎn)較多的無線連接，但功耗過高;NFC是較為私密的無線連接，但需近距離;藍(lán)牙則是功耗低、傳輸距離適中的一種無線通訊技術(shù)，就是憑借這兩點(diǎn)，藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)市場中獲得了迅速發(fā)展。下面創(chuàng)新微MinewSemi就講解下低功耗藍(lán)牙多低才算低功耗，然后它是如何實現(xiàn)低功耗的?

一、藍(lán)牙模塊功耗多低才算低功耗藍(lán)牙模塊?主要是以下幾個指數(shù)： 1、平均工作電流為 uA 級 ;2、峰值電流不超過 15mA ;3、采用紐扣電池供電，電池壽命可達(dá)數(shù)年 ,如創(chuàng)新微MinewSemi的MS50SFA1低功耗藍(lán)牙模塊就上面三個條件，在很多低功耗應(yīng)用場景中，是采用紐扣電池來供電的，采用紐扣電池來供電是低功耗藍(lán)牙設(shè)計的主要目標(biāo)，而紐扣電池的使用通常有較為嚴(yán)苛的限制條件。

當(dāng)然紐扣電池的能量并不能完全的轉(zhuǎn)化，因為會受到外部環(huán)境的影響。通常情況下，在零度時僅能提供室溫下能量的約 80%。此外電池自身的自放電特性也需要予以考慮，常溫下儲存，每年容量損失小于 2%。這些因素在計算工作時間時也需要予以考慮。

二、低功耗藍(lán)牙如何實現(xiàn)低功耗?相比傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)，低功耗藍(lán)牙技術(shù)功耗之所以低主要是以下幾方面的緣由：

1、低功耗藍(lán)牙的快速連接，低功耗藍(lán)牙可以實現(xiàn)快速連接，也就是說在需要發(fā)送命令或傳輸轉(zhuǎn)態(tài)時，可以快速的建立連接，完成任務(wù)后又迅速斷開連接。,快速連接對于許多低功耗設(shè)備而言是一個極大的福音，大大降低了低功耗產(chǎn)品的開發(fā)門檻。重點(diǎn)提一下，按照傳統(tǒng)藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范，若某一藍(lán)牙設(shè)備正在進(jìn)行廣播，則它不會響應(yīng)當(dāng)前正在進(jìn)行的設(shè)備掃描，而低功耗藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范允許正在進(jìn)行廣播的設(shè)備連接到正在掃描的設(shè)備上，這就有效避免了重復(fù)掃描，可以大幅度地降低功耗。

2、低功耗藍(lán)牙減少了待機(jī)功耗 ,傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備的待機(jī)耗電量大是公認(rèn)的缺點(diǎn)之一，這與傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)采用 16～32 個頻道進(jìn)行廣播不無關(guān)系，而低功耗藍(lán)牙僅使用 3 個廣播通道，這個改變顯然大大降低了廣播數(shù)據(jù)導(dǎo)致的功耗。 此外低功耗藍(lán)牙設(shè)計了“深度睡眠”狀態(tài)來替換傳統(tǒng)藍(lán)牙的空閑狀態(tài)，如創(chuàng)新微MinewSemi的低功耗藍(lán)牙模塊大部分深度睡眠都是低于1uA了，因此這樣的設(shè)計也節(jié)省了最多的能源。

3、低功耗藍(lán)牙降低了峰值功耗 ,射頻物理層進(jìn)行了低功耗的優(yōu)化設(shè)計，使得在發(fā)射和接收時的峰值電流與傳統(tǒng)藍(lán)牙相比，大大降低。

4、低功耗藍(lán)牙縮短時間換取能量,時間的使用對于低功耗藍(lán)牙來說是實現(xiàn)低功耗的關(guān)鍵，由于無線電處于發(fā)射及接收狀態(tài)時對于能量的使用和消耗是較多的，因此以下幾個方面對功耗也是大大的減少。 ,高效率編碼：高效率的編碼方式可以用更少的時間發(fā)送同等數(shù)量的數(shù)據(jù)。 與傳統(tǒng)藍(lán)牙相比，低功耗藍(lán)牙支持超短數(shù)據(jù)包，這使得發(fā)送時所需的時間更少。 較快的啟動時間縮短發(fā)射和接收的等待時間。占用較少的資源：協(xié)議越復(fù)雜，相應(yīng)占用的資源就會多，在同等情況下對于功耗的需要就會增加。低功耗藍(lán)牙僅采用一個協(xié)議來實現(xiàn)服務(wù)器發(fā)現(xiàn)，名稱發(fā)現(xiàn)，信息的讀取和寫入，這比采用多個協(xié)議的經(jīng)典藍(lán)牙所需的開銷少得多，從而也對降低功耗作出了貢獻(xiàn)。

客戶端-服務(wù)器架構(gòu)：低功耗藍(lán)牙協(xié)議中采用了大家所熟知的客戶端-服務(wù)器架構(gòu)，它是軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過它可以充分利用兩端環(huán)境的優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)器端來實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通信開銷。

標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙技術(shù)是一種“面向連接”的無線技術(shù)，具有固定的連接時間間隔，因此是移動電話連接無線耳機(jī)等高活動連接的理想之選。相反，藍(lán)牙低功耗技術(shù)采用可變連接時間間隔，這個間隔根據(jù)具體應(yīng)用可以設(shè)置為幾毫秒到幾秒不等。,另外，因為BLE技術(shù)采用非?？焖俚倪B接方式，因此平時可以處于“非連接”狀態(tài)(節(jié)省能源)，此時鏈路兩端相互間只是知曉對方，只有在必要時才開啟鏈路，然后在盡可能短的時間內(nèi)關(guān)閉鏈路。,低功耗藍(lán)牙技術(shù)的工作模式非常適合用于從微型無線傳感器(每半秒交換一次數(shù)據(jù))或使用完全異步通信的遙控器等其它外設(shè)傳送數(shù)據(jù)。因為這些設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)量非常少(通常幾個字節(jié))，而且發(fā)送次數(shù)也很少(例如每秒幾次到每分鐘一次，甚至更少)。

審核編輯：湯梓紅