低功耗蓝牙怎么低功耗?是如何实现又如何界定

发布日期:2018.02.06     浏览次数:


什么是低功耗?如何界定


  * 平均工作电流为 uA

  * 峰值电流不超过 15mA

  * 采用纽扣电池供电,电池寿命可达数年

 

在很多低功耗应用场景中,是采用纽扣电池来供电的,采用纽扣电池来供电是低功耗蓝牙设计的主要目标,而纽扣电池的使用通常有较为严苛的限制条件。



不过需要注意的是,纽扣电池的能量并不能完全的转化。通常情况下,在零度时仅能提供室温下能量的约 80%。此外电池自身的自放电特性也需要予以考虑,常温下储存,每年容量损失小于 2%。这些因素在计算工作时间时也需要予以考虑。

 

低功耗蓝牙如何实现低功耗


和传统蓝牙技术相比,低功耗蓝牙技术功耗方面的降低主要得益于以下几个方面的改变:

1. 待机功耗的减少

传统蓝牙设备的待机耗电量大是公认的缺点之一,这与传统蓝牙技术采用 1632 个频道进行广播不无关系,而低功耗蓝牙仅使用 3 个广播通道,这个改变显然大大降低了广播数据导致的功耗。

此外低功耗蓝牙设计了“深度睡眠”状态来替换传统蓝牙的空闲状态,因此这样的设计也节省了最多的能源。昇润科技的蓝牙4.2 BLE模块在睡眠状态下,功耗也仅为3.54 µA

 

2. 快速连接的实现

低功耗蓝牙的机制在于可以实现快速连接,在需要发送命令或传送状态时,可以快速的建立连接,完成后迅速断开连接。

快速连接对于许多低功耗设备而言是一个极大的福音,大大降低了低功耗产品的开发门槛。重点提一下,按照传统蓝牙协议规范,若某一蓝牙设备正在进行广播,则它不会响应当前正在进行的设备扫描,而低功耗蓝牙协议规范允许正在进行广播的设备连接到正在扫描的设备上,这就有效避免了重复扫描,可以大幅度地降低功耗。

 

3.峰值功耗的降低

射频物理层进行了低功耗的优化设计,使得在发射和接收时的峰值电流与传统蓝牙相比,大大降低。

 

以下是昇润科技蓝牙4.2 系列的低功耗模块功耗参数

接收模式瞬间最大电流(高增益设置):5.9mA

发射模式瞬间最大电流(设定 0dBm 6.1mA

发射模式瞬间最大电流(设定+5dBm):9.1mA

睡眠: 3.54µA avg

数传: 2.75 mA avg

功耗测试

                    设置

状态

广播/连接间隔(ms

WP 拉高

WP 拉低

广播

20

982.76uA

2.84mA

100

224.47uA

2.38mA

500

41.76uA

2.27mA

1000

18.18uA

2.25mA

连接

20

726.65uA

2.56mA

100

113.25uA

2.23mA

200

56.46uA

2.19mA

500

22.64uA

2.23mA

1000

12.61uA

2.25mA

 

4.缩短时间换取能量

时间的使用对于低功耗蓝牙来说是实现低功耗的关键,由于无线电处于发射及接收状态时对于能量的使用和消耗是较多的,因此以下几个方面对功耗也是大大的减少。

 

1)高效率编码

高效率的编码方式可以用更少的时间发送同等数量的数据。

 

2)与传统蓝牙相比,低功耗蓝牙支持超短数据包,这使得发送时所需的时间更少。

 

3)较快的启动时间缩短发射和接收的等待时间。

 

4)占用较少的资源

协议越复杂,相应占用的资源就会多,在同等情况下对于功耗的需要就会增加。低功耗蓝牙仅采用一个协议来实现服务器发现,名称发现,信息的读取和写入,这比采用多个协议的经典蓝牙所需的开销少得多,从而也对降低功耗作出了贡献。

 

5)客户端-服务器架构

低功耗蓝牙协议中采用了大家所熟知的客户端-服务器架构,它是软件系统体系结构,通过它可以充分利用两端环境的优势,将任务合理分配到客户端和服务器端来实现,降低了系统的通信开销。

 

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