個人健康設(shè)備的藍(lán)牙BLE解決方案

雖然專有的ANT協(xié)議在為健康和健身設(shè)備提供低功耗通信框架方面起到了領(lǐng)先作用，但藍(lán)牙低功耗（BLE）已成為一種極具吸引力的替代方案。除了低功耗要求外，BLE設(shè)計還允許工程師利用市場上大量安裝的藍(lán)牙設(shè)備來創(chuàng)建新的復(fù)雜應(yīng)用。對于工程師而言，BLE的實施既可以從BlueRadios，Panasonic和RFM等供應(yīng)商處下載基于模塊的解決方案，也可以部署基于CSR和德州儀器的BLE IC的定制解決方案。

半導(dǎo)體制造商還可以將IC中的BLE和經(jīng)典藍(lán)牙功能結(jié)合起來，創(chuàng)建雙模式或所謂的“藍(lán)牙智能就緒”解決方案，為低功耗無線設(shè)備提供前端解決方案。事實上，藍(lán)牙智能就緒消費產(chǎn)品（包括第三代iPad和幾乎所有新智能手機(jī)）的快速普及為單模BLE啟用提供了基礎(chǔ) - 也稱為藍(lán)牙智能設(shè)備。公司只需開發(fā)合適的應(yīng)用程序，即可使用低功耗BLE設(shè)備傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，將智能手機(jī)變成基站，用于實時健康監(jiān)測和健身管理系統(tǒng)。

BLE標(biāo)準(zhǔn)專門用于降低功耗。使用無連接協(xié)議，BLE設(shè)備建立非?？焖俚倪B接，并使用快速突發(fā)在每次連接期間傳輸少量數(shù)據(jù)（圖1）。最大功耗為幾毫安，典型待機(jī)功耗在微安范圍內(nèi)。此外，BLE設(shè)備可以進(jìn)入睡眠模式并快速重新喚醒以完成這些快速突發(fā)活動。結(jié)果是低功耗通信解決方案，消耗了經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)計所需功率的大約10％。結(jié)果，諸如心率監(jiān)測器（HRM）或其他健康設(shè)備中常用的紐扣電池可以為BLE外圍設(shè)備供電數(shù)月甚至數(shù)年。

圖1：典型的BLE連接事件包括一系列快速突發(fā)活動。對于比例，喚醒階段需要不到500μs，此處顯示的完整事件持續(xù)約2.3 ms。 （德州儀器公司提供。）

體育和健身市場很可能是第一個利用BLE在HRM，計步器等應(yīng)用中的優(yōu)勢的市場。在典型的健康和健身設(shè)備（例如HRM）中（圖2），電極測量與每次心跳相關(guān)的皮膚表面上的電位的微小變化。所產(chǎn)生的信號由諸如飛思卡爾MC9S08JM60的MCU放大，濾波和處理，其使用藍(lán)牙無線電來發(fā)送包括每分鐘節(jié)拍甚至原始波跡的數(shù)據(jù)突發(fā)。在接收器方面，智能手機(jī)應(yīng)用程序?qū)@示結(jié)果以及其他健身相關(guān)結(jié)果的計算值，例如估計的卡路里，氧氣消耗等。

圖2：在典型的心率監(jiān)測器中，MCU處理心率信號，檢測為皮膚表面電極上的小電位變化，并通過藍(lán)牙無線電傳輸數(shù)據(jù)。 （由飛思卡爾半導(dǎo)體公司提供。）

工程師可以利用BlueRadios，Panasonic和RFM提供的模塊提供的插入式BLE解決方案，或CSR和德州儀器的IC。 BlueRadios提供其BR-LE4.0-S2A模塊作為完整解決方案，包括支持Apple的iPhone 4s（iOS）和Android平臺的智能手機(jī)應(yīng)用程序。工程師可以使用文本字符串或嵌入在提供的C庫上構(gòu)建的自定義代碼來配置和控制無線電調(diào)制解調(diào)器。對于編程，模塊支持無線固件更新以及通過雙線UART接口進(jìn)行通信。

提供軟件可調(diào)節(jié)的發(fā)射器功率，模塊僅消耗22 mA（Tx）和18 mA（Rx）。在空閑模式下，模塊僅需0.22 mA，在深度睡眠模式（帶定時器）期間僅消耗0.4μA電流。 BR-LE4.0-S2A模塊有三種型號 - 帶有U.FL連接器，帶或不帶RF芯片天線。

對于需要多模功能的應(yīng)用，工程師可以利用Panasonic和RFM的模塊。 Panasonic提供專為Smart-Ready應(yīng)用而設(shè)計的雙模模塊。 Panasonic ENW-89823A2JF基于德州儀器CC2564藍(lán)牙IC，是該公司PAN1316/1326 RF模塊系列的成員。該模塊在全無線電吞吐量下僅消耗33 mA，具有雙模式操作，提供經(jīng)典藍(lán)牙和藍(lán)牙低功耗連接。 PAN1326為基本PAN1316配置添加了天線。

RFM WLS1273L在單個模塊中結(jié)合了Wi-Fi和雙模藍(lán)牙支持，僅需35 mA電源電流。該模塊具有802.11a/b/g/n Wi-Fi連接，以及1.5級藍(lán)牙4.0 + EDR和BLE模式。 DC/DC轉(zhuǎn)換器確保模塊可以采用單電源供電（3.0-4.2 V）。

單芯片解決方案

除了這些模塊外，CSR和TI提供的IC還可提供單模BLE要求的解決方案。 CSR1000 IC是CSR的uEnergy藍(lán)牙平臺的成員。 CSR1000專為緊湊型設(shè)計（如HRM，計步器和其他個人設(shè)備）而設(shè)計，結(jié)合了片上ADC，PWM，12個可編程IO-s，看門狗定時器，64 KB RAM，64 KB ROM和其他功能。采用32引腳5 x 5 mm QFN封裝。該器件具有+8 dBm最大Tx輸出功率和-92 dBm Rx靈敏度。在休眠模式下，CSR1000要求低于0.6μA。

德州儀器（TI）CC2540 SoC旨在簡化低功耗BLE連接設(shè)計，僅需少量外部元件即可提供完整的BLE實現(xiàn)（圖3）。該器件采用6 x 6 mm QFN40封裝，需要24 mA（Tx）和19.6 mA（Rx），并支持多種睡眠模式。在最深度睡眠模式下，外部中斷保持啟用狀態(tài)，器件僅需0.4μA。

圖3：除了一些去耦電容（現(xiàn)在顯示）外，德州儀器（TI）CC2540 SoC僅需幾個外部元件即可實現(xiàn)完整的BLE設(shè)計。