Tren Pengembangan CHIPSETS Bluetooth Low Energy


Bluetooth Low Energy / chipset BLE terus berkembang, dengan vendor terus merilis perangkat baru. Saya ingin berbagi beberapa tren dalam chipset yang kita lihat dari rilis produk penjual, yg memenuhi kebutuhan pelanggan.

Aplikasi dari ultra low power (ULP) Chipset nirkabel  – menggunakan transceiver RF yg sangat rendah yg didukung oleh baterai sel koin, dibuat  untuk mengirim data secara cepat   dan kemudian kembali kedalam keadaan stand by dengan daya sekitar nanoamp yg bisa  diatur untuk meningkat secara dramatis.

Kebutuhan daya yang relatif tinggi dari Bluetooth Classic (Bluetooth 3.0)  bahkan untuk transmisi data pengguna yg sederhana , semua itu dilakukan dengan  penggunaan baterai isi ulang dan keadaan ini bukan solusi untuk  nirkabel bandwidth rendah serta penggunaan aplikasi untuk  kegiatan intens dalam jangka waktu yg lama.

Extending Bluetooth

The Bluetooth SIG (Konsorsium Teknologi dari  Bluetooth) telah memperluas teknologi Bluetooth dengan versi yang dapat beroperasi dari baterai sel koin. Jadi yang disebut Bluetooth Low Energy  telah dirancang untuk memungkinkan sensor dan peripheral (peralatan) untuk berkomunikasi satu sama lain  yg dapat ditemukan dari ponsel generasi baru. Pada bulan Desember 2009, Bluetooth rendah energi diadopsi sebagai bagian dari Bluetooth Core Specification Version 4.0.

Berikut ini adalah 5 point  tren di chipset BLE yang terjadi:

1.  Pengurangan  Konsumsi Daya

Banyak SoCs BLE merilis produknya menyatakan telah mengurangi konsumsi daya. Beberapa tahun yang lalu, yang terbaik yg bisa kita temukan adalah perangkat yang memiliki daya sekitar 15mA ke 20mA. Hari ini, sebagian besar yang ditawarkan adalah dalam 5mA sampai 8mA .Berikut adalah table konsumsi daya dari beberapa produk BLEyg baru-baru ini diumumkan:

System On Chips
Current RX/TX (0dBm) Year Released
Texas Instruments CC2640 5.9mA/6.1mA 2015
Nordic Semiconductor nRF52832 5.0mA / 4.6mA 2015
Freescale KW40Z 6.5 mA / 8.4 mA 2015
Silicon Labs Blue Gecko 7.5mA / 8.3mA 2015
Cypress PSoC 4 BLE 15.6mA / 16.4mA 2014

Secara umum, konsumsi daya telah turun sekitar 40% sampai 60%, yang berarti bahwa produk berjalan dua kali lebih lama dari baterai yang sama (semua hal lain dianggap sama). Puncak arus yang lebih kecil juga berarti baterai kurang stres (dan kapasitas yang efektif adalah lebih besar).
Cypress masih mengejar ketertinggalan konsumsi daya karena mereka belum mengeluarkan produk terbaru.

2. Peningkatan Radio Frekwensi (RF)

Pabrikan SoC BLE terus-menerus meningkatkan kinerja RF dari perangkat mereka. RF lebih baik berarti rentang yang lebih baik, yang penting di hampir semua aplikasi. Dua parameter besar untuk diperhatikan adalah Power Transmit dan Sensitivitas Menerima. Power Transmit memberitahu anda seberapa kuat anda bisa mengirimkan, yang kedua seberapa rendah sinyal anda bisa mendapatkan data.
Berikut ringkasan kinerja untuk beberapa chipset terbaru :

Part TX Power Receive Sensitivity Year Released
Texas Instruments CC2640 +5dBm -97dBm       2015
Nordic Semiconductor nRF52832 +4dBm -96 dBm       2015
Freescale KW40Z +5dBm -91 dBm       2015
Silicon Labs Blue Gecko +10dBm -95dBm       2015
Cypress PSoC 4 BLE +3dBm -92dBm       2014
TI CC2540/CC2541 +4dBm -89dBm/ –94 dBm     2010/2011
nRF51822 +4dBm -93dBm        2012

TI dan Nordic keduanya memiliki sensitivitas  sekitar 3-4 dB. Perhatikan bahwa sebagian besar output daya terbatas + 5dBm atau kurang. Silicon Labs memiliki sejarah panjang integrasi Radio dan mampu mencapai 10dBm di perangkat mereka. Hal ini sangat membantu dalam aplikasi di mana sensor BLE berada jauh, misalnya.

Ini mungkin untuk menambahkan chip front end untuk sebagian besar perangkat ini yang akan memperkuat sinyal RF, tetapi hanya output daya akan meningkat. Kecuali perangkat khusus mendukung kemampuan RF switch (CC2540 / CC2541), Anda akan mendapatkan kekuatan TX namun kehilangan di sedikit menerima sensitivitas.

Kedua parameter ini memberikan berkisar, tetapi meningkatkan daya keluaran (dan kadang-kadang sensitivitas) juga meningkatkan konsumsi saat ini. Sebagian besar angka yang dikutip di atas adalah untuk 0dBm dan akan lebih tinggi untuk + 5dBm atau + 10dBm.

By the way, + 10dBm adalah batas praktis karena peraturan ETSI.

3. Kemampuan processor yg lebih baik

Chip BLE SoCs memiliki kemampuan pemrosesan yang terbatas. Pada generasi pertama perangkat prosesor utama  digunakan  untuk menjalankan BLE Stack dan aplikasi pengguna. Hal ini masih terjadi tetapi bergeser ke mengisolasi  BLE Stack secara terpisah untuk memberikan pengembang (developer) ruang yg lebih luas.

Kebanyakan prosesor di generasi pertama menggunakan  arsitektur ARM Cortex M0.

Part           CPU Core Year Released
Texas Instruments CC2640          Cortex-M3         2015
Nordic Semiconductor nRF52832         Cortex-M4F         2015
Freescale KW40Z  Cortex-M0+         2015
Silicon Labs Blue Gecko      Cortex-M3/M4F         2015
Cypress PSoC 4 BLE  Cortex-M0         2014
TI CC2540/CC2541  8051    2010/2011
nRF51822  Cortex-M0         2012
CSR CSR101x  Proprietary 16-bit            –

M4F menunjukkan Cortex-M4 dengan Floating Point unit.

Cortex-M0 adalah prosesor yang relatif terbatas. Ini dirancang untuk daya rendah dan  bagus untuk mengumpulkan data sensor, tapi tidak baik pada pengolahan dengan algoritma. Bila Anda memiliki setumpuk BLE Stack menggunakan yang sama Cortex-M0 atau 8051 itu, Anda terbatas pada seberapa cepat Anda dapat memproses data. Beberapa peripheral mungkin juga tidak tersedia.

4. Peningkatan RAM serta Flash

Chipset yg tersedia awalnya  64KB (RAM) dan 128KB (Flash)  karena saat itu  adalah yg  termurah yang bisa dipakai untuj perintah BLE Stack . BLE Stack biasanya memakan ruang  sekitar 70kb untuk 90KB , jadi ini hanya memakai sangat sedikit dari  aplikasi pengguna. Sebagai aplikasi BLE terus berkembang, prosesor harus melakukanpengolahan lebih banyak , sehingga mereka membutuhkan lebih banyak kode dan lebih banyak RAM. Produsen Chipset  mulai memperkenalkan Flash  256KB. Baru-baru ini, Nordic memperkenalkan perangkat nRF52832 mereka dengan 512KB Flash.

Aplikasi pengguna adalah bukan satu-satunya alasan untuk lebih banyak ruang. Fitur dalam Bluetooth Low Energy telah meningkat. Banyak produk harus menggunakan kombinasi peran antara kedua Peripheral (slave)dan Central (Master) secara bergantian yang mana mengambil banyak ruang. Hal yang sama terjadi ketika menjalankan beberapa protokol pada saat yang sama, seperti BLE dan Zigbee. dukungan IPv6 juga membuat kebutuhan RAM yg besar.

Part  Flash
  RAM
Texas Instruments CC2640  128kB   20kB
Nordic Semiconductor nRF52832  512kB   64kB
Freescale KW40Z  160kB   20kB
Silicon Labs Blue Gecko  256kB   32kB
Cypress PSoC 4 BLE  128kB, 256kB   32kB
TI CC2540/CC2541  128kB, 256kB   8kB
nRF51822  128kB, 256kB  16kB, 32kB

Flash dan RAM menambah ruang yang signifikan pada luas keping Chipset, sehingga untuk menjaga biaya vendor rendah harus terus menggunakan proses yang lebih kecil dari Pabrikasi Chipset (Fab on 14 nm) .

5. Multi Protocol SoCs
 Freescale baru2 ini merilis produk KW40Z, dan meskipun memiliki keterbatasan sejauh daya dan Flash / RAM, itu mendukung Thread bersama BLE. Texas Instruments memiliki CC2650 yang mendukung BLE, Zigbee, 6LoWPAN dan RF4CE. Nordic memiliki perangkat yang mendukung BLE dan ANT. Beberapa bagian ini mendukung juga protokol 2.4GHz proprietary. Jelas,  faktanya bahwa lapisan radio di banyak perangkat ini mirip, dan satu-satunya perubahan signifikan ada di dalam perangkat lunak.

BLE bukanlah satu-satunya  protokol konektivitas . Karena tidak resmi memiliki kemampuan Mesh, Zigbee (dan dengan ekstensi Thread) masih pesaing untuk menghubungkan produk. , dan masing-masing protokol memiliki kekuatan sendiri. Pengembang ingin mengembangkan produk yg futureproof dari desain mereka dan mengintegrasikan dengan ekosistem Nest yg menggunakan Thread, sehingga membuat bagian multiprotocol adalah lebih logis.

Mendukung  beberapa protokol dalam satu bagian lebih baik dari dua bagian yang terpisah. Hal ini benar bukan hanya biaya, tetapi juga untuk hidup berdampingan. Koeksistensi dari kemampuan radio untuk membantu dua protokol untuk “hidup berdampingan” dengan memastikan bahwa protokol tidak bertabrakan dan saling mengganggu. Interferensi menyebabkan paket data hilang yang berarti lebih banyak memakan konsumsi daya karena perangkat harus memancarkan kembali data.

Berikut adalah protokol yang didukung oleh berbagai perangkat :

Part      Protocol Support
Texas Instruments CC2650      BLE, Zigbee, RF4CE, 6LoWPAN
Nordic Semiconductor nRF52832      BLE, ANT, 2.4GHz Proprietary, NFC
Freescale KW40Z      BLE, Thread
Silicon Labs Blue Gecko      BLE
Cypress PSoC 4 BLE      BLE
TI CC2540/CC2541      BLE,
nRF51822      BLE, ANT, 2.4GHz Proprietary
CSR CSR101x      BLE
 TI dan Nordic yg paling banyak mendukung bermacam protokol, dan  Freescale baru-baru ini bergabung dengan mereka. Berharap lebih banyak Produsen untuk menambahkan dukungan  berbagai protokol.
Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


%d blogger menyukai ini: