nRF8001纽扣电池续航的超低功耗蓝牙4.0技术

xuntongkeji

11月18日，2010年中国无线世界暨物联网大会在京正式举行，C114中国通信网为本届会议的独家战略合作媒体，进行现场全程直播报道。
主持人：下面有请来自Nordic Semiconductor ASA的Sebastien Mackaie-Blanchi先生做演讲，题目是《纽扣电池续航的蓝牙技术》。
Sebastien Mackaie-Blanchi：今天早晨大家听到了关于蓝牙技术的演进路线，下面我给大家更多地介绍一下蓝牙技术低功耗的特点，特别是在纽扣上面低功耗的技术。
今天我给大家介绍一下纽扣电池为什么需要蓝牙技术呢？在设计这样的设备的时候要有什么考虑呢？
首先我们可以看到纽扣电池已经存在很多年了，比如像你的手表上也会用到纽扣电池，有一些体育运动设备，比如说测量仪表也会使用这个纽扣技术，现在蓝牙技术，特别是4.0的规范给我们提供了很多可能性。无论是什么样的规范我们都在看，而且蓝牙技术也是其中一个选择。蓝牙的低功耗技术将会更好地支持我们的纽扣电池，比如说一些玩具、体育用品以及其他的东西，可能使用的不仅仅是蓝牙技术。我们来看一看到底这个纽扣电池是什么样的呢？它有不同的类型，它们有时候容量很大，有时候容量很小。

请看一下我们的CR1216，它是25毫安，它的容量非常好，这是表标准使用的纽扣电池。大家可以看到，它的平均电流对寿命有着非常大的影响。其中一个非常重要的特征请大家记住，基于25毫安，如果使用这样的功耗的话，每天24小时运行，每周7天来运行，它可以用一年的时间，我们要保证它的平均电流要尽量地低，如果要使用一年的时间，你要保证它的电流要低于25毫安，而且它的峰值电流也是非常重要的，有的时候峰值电流可能是比较高的，如果峰值电流比较高的话，会影响电池的容量。如果它的峰值电流越高的话，它的电池寿命越短。大家在使用纽扣电池的时候，如果它的峰值电流低的话，也意味着它的功耗比较低。在温度不同的情况下使用，它的寿命也是不一样的。所以说在设计纽扣电池的时候我们要考虑两个重要的指标，一个是平均电流，一个是峰值电流。
我们有一个中心的设备，大家可以看到在中间，还有其他的一些外设设备，关键的是可以看到中间的设备它将会保证和传感器的连接，将这个设备连接的时候，中央的设备将会是连接的核心，因为中心的设备将会影响连接的参数，它会决定比如说和传感器多长时间交换一下数据，要和交换器交换多少数据。所以不仅要看传感器的问题，也取决于你的设备，它是不是使用屏幕或者是其他的功能，它的功耗肯定会有所不同。关键的要素在于，如果来看手机的话，它有应用在运行，它就会决定你的连接参数，它会确定出来多快的时间会影响你的功耗。蓝牙技术应该尽量少地使用电能，它们也可以增加包交换的时延，它并不是针对大流量的应用设计的。所以说纽扣电池并不是要以这样的应用，我们只是针对一些非常简单的应用，尽量频率要少的交换数据，比如一些远程的控制或者是其他的一些非常简单的设备。像耳机之类的，这些可能只能使用可充电电池而不能使用纽扣电池。如果从一个设备到另外一个设备，比如超过范围之内，你再回到这个范围之内再连接的话会花一些时间。
我们可以看到，这是一个蓝牙技术的规范，它可以减少负荷，也支持不同的服务水平，支持不同的信道，蓝牙技术的开销是非常小的。这是一个空包，它的负荷只有27个字节，这27个字节，如果大家看一下这个数据的交互量只有20个字节，所以说是非常有限的。这是一个不会消耗很多带宽的应用，是一个非常简单的应用，可以使用蓝牙低功耗的技术。
除了低功耗，另外一个非常重要的因素是连接时间。要把你的传感器尽快连接到你的电脑，包的大小也是非常重要的，我们可以看到不同的数据包，比如有时候只有8个字节，使用了蓝牙的技术，包更小。我们可以看到它可以把连接时间从214微秒降低到144微秒。安全特征也是非常重要的，加密是非常重要的，在蓝牙技术当中也是安全性非常强的，它比传统的蓝牙技术要强。CRC主要是确定这个包是否正确，在蓝牙中也有所增强，范围更大，消耗的能量更小。
因为我们谈到了纽扣电池，我谈到25毫安是一个非常重要的数据，特别是影响电池寿命的。给大家举两个例子，第一个，你想有一个连接到你手机的Heart belt，蓝牙技术非常适合这个应用。如果让你的Heart belt是每天24小时来运营的话，使用蓝牙技术的话，它只能够支持一年，我们只是谈蓝牙的情况，可能在你的Heart belt上面还有其他的微处理器，所以会消耗更多的电能。可以看到关于电池，一般不会无时无刻地使用，只是偶尔地使用，所以说它的电池寿命是非常长的。这里是Heart belt一刻不停运转的情况。大家可以看到有一个手表，它使用了蓝牙技术，手表可能也可以收到短信或者是收到电话，通过这个蓝牙。这个设备如果时时刻刻地连接的话，有的时候只有在收到短信或者接电话的时候才会有数据的交换，所以它们的功耗还是非常低的，它的平均电流能够达到24微安，当然取决于你具体的应用。大家可以看到一些大概估计的时间，如果使用手表的话，看你使用什么样的应用、什么样的特征，它的电池寿命会相应地有所改变。其中非常重要的一个功能，它的输入和输出，比如你想使用IDD等等，它的电流会比蓝牙还大。所以设计传感器的时候也要特别谨慎，你想使用什么样的用户界面接口，什么样的显示器，什么样的输出、输入电流，等等，因为它们是最消耗电流的。我们要看一下蓝牙的芯片，还要看其他各个方面它们的电流使用情况。
交换数据的频率也是非常重要的，这也是一个关键指标，在蓝牙新的规范当中，它包括交换的频率以及数据交换的大小。比如你想把你的手机和汽车钥匙连接在一起，但是比如你突然忘带钥匙了，在一定的距离，你的手机就会提供你。我们要看传感器，还要看移动或者用户端的电流情况，所以说它的频率应该尽量低，想保证这个设备不消耗过多能量，传感器每个频率每2秒或者每4秒要交换一次数据的话，只有当传感器连接到手机才知道它们交换的频率和大小，所以要在手机端就进行很好的设计和设置。它们想交换更多的数据，更频繁地交换数据，移动的应用可能是想要尽量交换多的数据，传感器在设计的时候就要让它支持更多的数据。如果我们的规范不够严格，让这些相关实施者来做好的话，可能大家的目标是不一样的。比如说手机和应用的提供商他们可能每秒就想进行4次的数据交换，可能对用户来说这会对传感器的电池寿命产生影响，所以想要进行很好的实施的话，它也可以节省传感器的电源。
在规范中，看一看这个数据交换大小到底是多少，频率是多少，这么做的话要参加蓝牙技术联盟的相关规范，通过这些规范至少可以达成一致，就一些具体的参数达成一致。如果在手机这边不推动相关设计的话，可能没有办法在传感器端设计更长的电池寿命。如果手机端不是想要更少地使用数据的话，传感器可能就是由于这些移动应用，它的电池寿命会大大缩短。在考虑规范的时候，传感器和手机制造厂商，所有的设备制造商都应该参与进来达成一致，同时在用户端也要进行很好的设置。
现在给大家介绍一下Nordic超低功耗蓝牙芯片nRF8001，设计它的峰值电源是非常低的，这是非常关键的，只有13.5毫安。频率或者增加其他外设的话，它的峰值电流会很高，它可能会让你的电池很快耗尽电量，但是1秒钟的连接，平均电流可以达到17毫安，所以说电池寿命可以达到一年，这是非常好的，非常简单的这些设备能够保证至少一年的电池寿命，当然取决于用户最终的设置。在展厅中，大家看到我们的芯片和微处理器，我们有一个单一芯片的解决方案，还有其他的厂商，他们可能使用了其他的协议，他们也希望能够增加蓝牙的功能，以便可以和手机连接。这些公司已经有了微处理器，他们想使用他们自己的微处理器，然后增加蓝牙的能力和功能，可以提供一些连接，连接到现在的微处理器上，很好地使用蓝牙的功能。