Проектирование с помощью сети Bluetooth:чип или модуль?

К этому моменту в этой серии статей был рассмотрен обзор сети Bluetooth и способы выбора устройства для приложения. В этой заключительной части мы обсудим, следует ли использовать в проекте дискретные устройства или модуль.

Решение о том, использовать ли дискретные устройства или модуль, очень сильно влияет на успех продукта. Bluetooth Mesh обеспечивает IoT и беспроводное соединение множества вещей, которые были либо ранее подключены проводом, либо вообще не подключены. Прекрасным примером может служить лампочка. Большинство ламп, производимых для потребительского применения, управлялись с помощью настенного выключателя. Для добавления возможности подключения по Bluetooth Mesh к этим устройствам требуется опыт, которого никогда не было у нас.

Короче говоря, производители, плохо знакомые с беспроводной связью, сталкиваются с решением:вкладывать ли значительные средства в развитие собственного опыта в области беспроводной связи или внедрять Bluetooth Mesh в качестве автономного модуля и концентрировать ресурсы на функциональных знаниях. В следующих разделах рассматриваются сложности, связанные с беспроводным подключением, и рассказывается о том, как принять правильное решение при выборе между модулем и дискретным решением для ваших продуктов.

При добавлении Bluetooth Mesh к продукту на стоимость и сложность конечной системы влияют такие факторы, как сложность конструкции платы, нормативные сертификаты, квалификация Bluetooth, декларация и листинг. Давайте рассмотрим каждый из них по очереди.

Разработка продуктов с поддержкой Bluetooth Mesh для дискретных устройств

Для проектирования платы для Bluetooth Mesh требуется опыт проектирования радиочастотных плат. В частности, для Bluetooth Mesh требуется антенна и соответствующая сеть. Это усложняет дизайн платы. Соответствующая конструкция антенны и дорожный просвет необходимы для достижения хорошего усиления антенны. Необходимы компоненты, связанные с источником питания, такие как разделительный конденсатор. Эффективная маршрутизация имеет решающее значение для стабильной работы системы, и требуется дополнительная осторожность, чтобы эти цепи не влияли на работу антенны. Особого внимания требуют и часы / кристаллы. Любой дрейф частоты может привести к потере пакетов, влияя на пропускную способность и энергоэффективность.

Чтобы справиться со всеми этими сложностями, необходимы опытные конструкторы ВЧ-плат. Поддержание собственных экспертных знаний в области радиочастотного проектирования может быть дорогостоящим, поскольку требуемые навыки являются весьма специализированными. Кроме того, на доске может потребоваться несколько вращений, чтобы обеспечить требуемую производительность.

Следующей задачей после проектирования платы является соответствие нормативным требованиям. Каждый продукт Bluetooth Mesh должен получить один или несколько нормативных сертификатов RF в зависимости от страны, в которой он будет продаваться. Эти сертификаты гарантируют, что уровни излучения находятся в допустимых пределах, а также что рабочая частота не попадает в какой-либо запрещенный диапазон частот. / P>

Практически в каждой стране есть свой регулирующий орган по сертификации РФ. Чтобы продавать продукт с сеткой Bluetooth в США, он должен получить сертификат Федеральной комиссии по связи (FCC). Для Европы продукт должен получить сертификат CE (Conformité Européene). В Японии требуется MIC (Министерство внутренних дел и коммуникаций), в то время как в Канаде требуется сертификация ISED (инновации, наука и экономическое развитие), ранее известная как сертификация IC (Промышленность Канады).

Если продукт соответствует требованиям RF для этих четырех нормативных сертификатов, вполне вероятно, что он также будет соответствовать нормативным требованиям всех других стран. Однако каждая из этих сертификатов требует значительного количества испытаний. Испытания проводятся в лабораториях, одобренных этими регулирующими органами, а это означает, что не только сертификация, но и отказы имеют свою цену. Например, если плата выходит из строя, необходимо внести изменения в конструкцию / компоненты платы, а затем снова отнести их в лабораторию. Для каждого продукта Bluetooth Mesh эта сертификация может стоить более 20 000 долларов, если она будет проведена правильно с первого раза. Помимо стоимости сертификации, выпуск продукта будет отложен из-за дополнительного времени, затрачиваемого на каждый раунд сертификации. На этом конкурентном рынке время выхода на рынок имеет важное значение для успеха.

Продукты Bluetooth Mesh должны пройти тестирование в сертифицированном испытательном центре Bluetooth SIG, чтобы можно было использовать товарный знак Bluetooth. Аттестация продукта гарантирует, что продукты совместимы с другими устройствами Bluetooth Mesh. Кроме того, декларация и листинг необходимы для защиты юридических прав на использование торговой марки Bluetooth в продукте и на продажу его как продукта Bluetooth Mesh.

Разработка продуктов с поддержкой Bluetooth Mesh с помощью модуля

Прежде чем мы перейдем к преимуществам и недостаткам использования модуля в дизайне, давайте быстро рассмотрим, что такое модуль и что он предлагает. Модули обычно предлагаются в широком ассортименте по размеру, типу антенны и стоимости. Модули объединяют большинство или все ключевые компоненты, необходимые для работы устройства Bluetooth Mesh, обеспечивая при этом производительность, необходимую для приложения. Использование модуля устраняет сложность проектирования топологии RF. Использование модуля требует дополнительных затрат по сравнению с созданием дискретного решения, но модули - это самый быстрый и простой способ добавить к продукту возможность подключения через Bluetooth Mesh, если не хватает собственных знаний.

Самым большим преимуществом использования модуля является то, что разработчик системы может использовать опыт, накопленный производителем модуля за годы. Этот опыт может быть обширным, учитывая, что модули используются в нескольких продуктах в разных отраслях. Короче говоря, разработчики систем могут получить доступ ко всему опыту производителя, не делая предварительных вложений в разработку собственной ВЧ-продукции.

Обратите внимание, что некоторые модули полностью сертифицированы, что устраняет проблемы и затраты, связанные с получением необходимых нормативных сертификатов. Для некоторых проектов небольшое изменение компоновки платы или компонента означает полную повторную сертификацию.

Выбор между модулем и дискретным решением

Модули подходят для всех приложений с точки зрения НИОКР и сертификации. Компромисс заключается в том, что они имеют дополнительную стоимость по сравнению с дискретными устройствами. Традиционно OEM-производители используют точку безубыточности, чтобы решить, покупать или строить. Это число уравновешивает возросшую стоимость платы по сравнению с затратами времени и денег на развитие собственного опыта.

Из-за сложности и различных затрат модули Bluetooth Mesh могут быть эффективны при объемах до 250 тыс. Единиц. Для больших объемов обычно более экономичен подход на основе дискретных устройств. Однако для многих производителей оригинального оборудования цена - не единственное соображение. В целом добавление возможности подключения может быть не так важно в сложных системах или требующих сертификации для конкретного приложения. OEM-производитель предпочел бы, чтобы инженерные ресурсы были сосредоточены на реальной добавленной стоимости компании. Также необходимо учитывать, что потребуется для поддержания возможности обновления подключения в будущем, а также последующих повторных запусков платы и сертификации.

Для любого нового продукта, для которого начальные объемы непредсказуемы, обычно рекомендуется начать с модуля. Это снижает объем инвестиций. Если объем продукта увеличится, продукт можно будет перейти на решение, основанное на дискретных устройствах. Если такова стратегия, важно выбрать модуль, обеспечивающий простой переход к дискретным устройствам.

Если ИС и модуль Bluetooth Mesh предоставлены разными поставщиками, для миграции могут потребоваться другие инструменты разработки, что усложняет внесение изменений во встроенное ПО. Выбор поставщика, который производит как микросхему, так и модуль, дает значительное преимущество. В большинстве случаев они также гарантируют, что как решение на основе дискретных устройств, так и модуль используют одни и те же инструменты разработки и комплект для разработки программного обеспечения. Таким образом, микропрограммное обеспечение может не нуждаться в каких-либо изменениях для завершения миграции. Это означает, что вам потребуется только повторное вращение платы и сертификация, чтобы снизить стоимость вашей продукции.

Например, Cypress предлагает интегральные схемы, а также модули различных размеров и антенн. дискретное решение и модули, основанные на этой ИС, поддерживаются одним и тем же средством разработки, обеспечивая беспрепятственный путь для миграции. Например, в таблице ниже показан пример CYW20819, устройства Bluetooth Mesh, от Cypress и его сравнение с соответствующим модулем.

CYW20819CYBT213043-02 (модуль на основе CYW20819) Комплект разработчика программного обеспечения (SDK) BT SDKBT SDK Интегрированная среда разработки (IDE) ModusToolbox ^TM ModusToolbox Мощность передачи 4 дБм 4 дБмАнтенна Нет PCB Кристалл 24 МГц Нет Да Нормативные сертификаты Нет FCC, ISED, MIC, CE

Как показано в таблице, и ИС, и модуль поддерживаются одними и теми же SDK и IDE, что упрощает переключение между модулем и дискретными устройствами без дополнительных вложений в прошивку. В то же время модуль поддерживает все функции устройства и предоставляет все преимущества, такие как встроенный кристалл и антенна, а также нормативные сертификаты.

Полностью сертифицированные модули могут стать отправной точкой для любого продукта Bluetooth Mesh. Для блоков <250K решение на основе модулей, вероятно, будет более экономичным по сравнению с конструкцией на основе дискретных устройств. Для больших объемов разработка на основе дискретных устройств может быть более рентабельной, но требует значительных экспертных знаний для определения стоимости внутри компании или на аутсорсинг. Если вы начинаете с модуля, важно выбрать модуль, который обеспечивает простой путь миграции на дискретные устройства по мере увеличения объемов.

Прочтите предыдущие статьи из серии «Проектирование с помощью Bluetooth Mesh»:
Часть 1:Узлы и типы функций
Часть 2:Связь между узлами
Часть 3:Конфиденциальность и безопасность
Часть 4:Требования к устройствам