低功耗蓝牙系统设计介绍
低功耗蓝牙系统分析
低功耗蓝牙系统分析
谷尚柱
【期刊名称】《信息技术与信息化》
【年(卷),期】2015(000)007
【摘要】低功耗蓝牙是一种全新的功耗最低的无线技术。
当前社会，智能家居市场有很大发展潜力。
而低功耗蓝牙技术可以使得智能家居的功耗更低。
同时，低功耗蓝牙可以把智能化的家具系统通过互联网技术与手机相连接，使低功耗蓝牙技术可以得到具体推广。
而低功耗蓝牙与经典蓝牙的最大区别就在于功耗低，低功耗蓝牙适应了当前节约资源保护环境的发展趋势。
【总页数】2页(P146-147)
【作者】谷尚柱
【作者单位】北华航天工业学院河北廊坊 065000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.系统分析在害虫管理中的应用Ⅱ.系统分析在水稻、大豆、苜蓿害虫管理中的应用及系统分析的一般步骤 [J], 马春森
2.基于蓝牙5.2的新一代低功耗蓝牙音频LE Audio [J], 任馨宇
3.低功耗蓝牙及其在智能婴儿车上的应用 [J], 刘甜甜;李勇;杨菁宏;张志文
4.低功耗蓝牙
5.0邻居发现协议时延模型研究 [J], 骆冰清;王佩佩;王正康;孙知信
5.基于低功耗蓝牙定位技术的手术室移动设备定位管理系统的设计和实现 [J], 梁佳妮;文志有;张辉
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针式打印机控制系统设计
针式打印机控制系统设计针式打印机作为重要的办公设备之一，在各行各业得到广泛应用。
然而，随着科技的发展和实际需求的改变，传统针式打印机控制系统已无法满足多样化、高效化的打印需求。
因此，本文旨在探讨针式打印机控制系统设计的关键技术，并提出创新方向，以期提高打印效率、降低能耗并满足环保要求。
文献综述过去的研究主要集中在打印机的硬件设计、墨盒与打印头匹配、打印速度和精度等方面，而对控制系统设计方面的研究相对较少。
传统的针式打印机控制系统多采用单片机或嵌入式系统进行设计，但由于其硬件资源有限，无法实现复杂的控制算法，因此打印效率和精度受到一定限制。
系统设计为了解决现有技术的问题，我们提出一种基于ARM和Linux平台的针式打印机控制系统设计方案。
该方案包括以下部分：需求分析：结合实际应用场景，对打印机的功能需求进行梳理，为系统设计提供依据。
系统架构设计：采用ARM作为主控制器，配合Linux操作系统，利用其强大的计算能力和丰富的软硬件资源，实现对打印头的精密控制。
同时，引入以太网接口，实现打印机的远程控制和数据传输。
接口设计：为了方便与其他设备进行连接和数据交换，我们设计了USB、串口和网络接口等多种通信方式。
用户可根据实际需求进行选择。
控制算法针对打印机控制系统的特点，我们选用了一种基于PID（比例-积分-微分）控制算法的打印头温度控制系统。
该算法具有控制精度高、稳定性好、易于实现等优点。
同时，我们通过实验发现，该算法也存在一定的不足之处，如对参数整定要求较高，在某些情况下可能存在超调现象。
实验结果与分析为了验证算法的有效性和存在的问题，我们搭建了实验平台进行测试。
实验结果表明，基于PID控制算法的打印机控制系统在打印速度和精度方面均得到了显著提升。
同时，通过调整PID参数，我们成功地解决了超调问题，进一步提高了系统的稳定性和鲁棒性。
结论与展望本文主要研究了针式打印机控制系统的设计，提出了一种基于ARM和Linux平台的方案，并采用PID控制算法对打印头温度进行精确控制。
PHY6252（SSOP24）是一款高集成度的低功耗蓝牙系统级芯片（SoC）
PHY6252（SSOP24）是⼀款⾼集成度的低功耗蓝⽛系统级芯⽚
（SoC）
PHY6252(SSOP24)芯⽚具有⾏业领先的低功耗性能和射频性能，⽀持蓝⽛ BLE 5.2。
芯⽚内置 64 KB SRAM，256KB flash，96 KB ROM，256bit efuse。
芯⽚⽀持多种低功耗⼯作状态，能够满⾜各种应⽤场景的功耗需求。
射频输出功率可调节功能等特性，可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。
PHY6252(SSOP24)已经⼴泛应⽤于智能跳绳，智能灯带，智能⽔杯等物联⽹产品上；
PHY6252(SSOP24)是⼀款⾼集成度的低功耗蓝⽛系统级芯⽚(SoC)，专为物联⽹(IoT)、移动设备、可穿戴电⼦设备、智能家居等各种应⽤⽽设计。
PHY6252(SSOP24)⽀持低功耗蓝⽛：Bluetooth5.2，Bluetooth mesh。
蓝⽛速率⽀持：125Kbps， 500Kbps，1Mbps，2Mbps。
⽀持⼴播扩展，多⼴播，信道选择。
芯⽚特性如下：
1，⾼性能低功耗32位处理器；
2，256KB系统闪存，96KB ROM
3，64KB SRAM，睡眠模式下所有数据恒常保持
4，2.4 GHz收发器
5，Bluetooth Low Energy ；Bluetooth Mesh
6，可调发射功率：-20dBm⾄+10dBm发射功率
7，接收电流：8mA
8，发射电流：8.6mA
9，0.3uA@sleep(IO wake up only)
10，AES-128硬件加密
11，PDM/I2C/SPI/UART/PWM/DMA。
rtl8762c 硬件设计指导书
rtl8762c 硬件设计指导书如何进行RTL8762C 的硬件设计指导。
第一步：了解RTL8762C 芯片的主要特点和功能RTL8762C 是一款低功耗蓝牙系统芯片，采用了40nm 工艺，在低功耗和性能方面具备优势。
主要特点和功能包括：1. 蓝牙5.0 和BLE (低功耗蓝牙) 的支持：RTL8762C 具备蓝牙5.0 的特性，提供更快速和更稳定的无线连接，并且支持低功耗蓝牙技术，可实现低功耗的无线通信。
2. 强大的处理能力：RTL8762C 搭载了高性能的ARM Cortex-M0 处理器，可支持多种应用场景，如物联网设备、传感器等。
3. 丰富的外设接口：RTL8762C 集成了丰富的外设接口，如ADC（模拟数字转换器）、GPIO（通用输入输出口）、SPI（串行外设接口）等，可以满足各种外部设备的连接需求。
4. 低功耗设计：RTL8762C 支持多种低功耗技术，如多种休眠模式和省电模式，在保证性能的前提下最大限度地降低功耗。
第二步：进行外围电路设计在进行RTL8762C 的硬件设计之前，首先需要进行外围电路设计。
外围电路主要包括电源管理电路、通信接口电路、外设接口电路等。
1. 电源管理电路：RTL8762C 芯片需要一个稳定的电源供应，一般是使用电池或者外部电源适配器。
因此，需要设计一个电源管理电路，包括稳压电路、电源开关等。
同时，为了节省功耗，可以使用功耗管理芯片来实现智能功耗控制。
2. 通信接口电路：RTL8762C 支持多种通信接口，如UART、SPI、I2C 等。
根据实际需求，设计相应的通信接口电路，并根据接口电平要求进行电平转换等。
3. 外设接口电路：RTL8762C 集成了多个外设接口，如GPIO、ADC 等。
根据实际需求，设计相应的外设接口电路，以实现与外部设备的连接。
第三步：进行布线和走线设计在完成外围电路设计后，需要进行布线和走线设计，即将各个模块连接起来，并合理布局。
1. 布线设计：根据芯片的排针脚位和外设接口的位置，合理安排各个元器件的布局。
蓝牙多少功耗算低功耗？低功耗蓝牙是如何实现低功耗的？
蓝牙多少功耗算低功耗？低功耗蓝牙是如何实现低功耗的？目前市场上比较常见的连接技术包括wifi、蓝牙和NFC等等。
WiFi是热点最多的无线连接，但功耗较高；NFC可以说是“最私密”的无线连接，即是近距离连接；那相比wifi高功耗、NFC 近距离，蓝牙的低功耗无缝、快速连接显然是物联网市场中最有力的竞争者。
一、多低的功耗才算是低功耗蓝牙呢？如何界定低功耗蓝牙？平均工作电流为uA级峰值电流不超过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，因为会受到温度的影响。
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。
二、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、低功耗蓝牙实现快速连接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。
2、低功耗蓝牙减少了待机功耗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16～32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。
模拟IC设计进阶课程内容
一、低功耗蓝牙（BLE）Transceiver系统结构
BLE Transceiver LDOs
VGA ADC
3V VDDIO GNDIO
+
LNA
-
0/90
LPF/BPF Filter
VGA
RFp RFn
ADC
4.8GHz VCO
PLL
DCXO
VGA
DAC
PA
0/90 DAC
VGA
一、低功耗蓝牙（BLE）Transceiver系统结构
模拟IC设计进阶 课 程 内 容
主讲人：Chris
目录 Agenda
一 低功耗蓝牙（BLE）Transceiver系统结构介绍
二 CMOS工艺有源及无源器件介绍
三 gm/Id设计方法介绍及曲线仿真 四 Bandgap电路仿真及版图设计 五 LDO电路仿真及版图设计 六 有源低通滤波器（LPF）仿真及版图设计
二、 CMOS工艺有源及无源器件介绍
MOS晶体管、BJT、电阻、电容、电感等
三、 gm/Id设计方法介绍及曲线仿真
、 Bandgap电路仿真及版图设计
五、 LDO电路仿真及版图设计
六、有源低通滤波器（LPF）仿真及版图设计
六、有源低通滤波器（LPF）仿真及版图设计
低功耗蓝牙与智能硬件设计
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·102·2017年第23期文章编号：2095－6835（2017）23－0102－02低功耗蓝牙与智能硬件设计刘裕佳，赵友章，梁倩（北方民族大学，宁夏银川750021）摘要：不断降功耗是电子发展过程中永远不会改变的主题。
设计了一个低功耗蓝牙与智能平台联合项目。
蓝牙技术凭借其普遍性和简洁性改变了设备与设备之间的无线通信，设备可通过蓝牙进行高度安全的无线通讯。
蓝牙的便捷性及全球的认可度，使任何支持蓝牙的设备都能通过配对流程与邻近的其他设备连接。
配对后的设备可建立全双工通信。
关键词：STM32；单片机；低功耗；嵌入式中图分类号：TN925文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.23.102智能硬件、智能家居、物联网、移动互联网大潮的到来，正在越来越多地改变我们身边的一切。
我们看到的智能手环、智能手表、智能插座、智能水杯、谷歌眼镜等，都是其中的形态和表现方式，其核心是通过软硬件结合的方式，使产品具备智能化的功能，并且具备与云端链接的能力。
其中，低功耗蓝牙技术是实现智能连接的重要技术支撑。
1研究意义目前，智能手机平台及操作系统Android（4.3以上）、iOS（6.0以上）、Windows（8.0以上）均提供了对低功耗蓝牙的原生态支持，天然地具备了移动互联平台的能力。
低功耗蓝牙是由诺基亚所设计的一种短距离无线通讯技术，最初的目标是提供功耗最低的无线标准，并且专门在低成本、地可见光摄像机搭配，进行双仓监控。
对所选定的目标区域进行定点巡航，细致、全面地进行检测与分析。
硬件所采用的型号是防火报警智能热相仪Fotric862长焦镜头，主要设置在防爆原装的工作件内。
防爆的原装工作件内有海康可视镜头和360°旋转云台，一共3套。
电动调焦里边设置了智能火灾的报警算法，报警可以独立使用，也可以组网监控，不依赖于监控的后台。
低功耗蓝牙(BLE)模块及v2.1协议概述
低功耗蓝牙(BLE)模块及v2.1协议概述协议版本：V2.10（透传+直驱）概述模块可以工作在桥接模式(透传模式)和直驱模式。
模块启动后会自动进行广播，已打开特定APP的手机会对其进行扫描和对接，成功之后便可以通过BLE协议对其进行监控。
桥接模式下，用户CPU可以通过模块的通用串口和移动设备进行双向通讯，用户也可以通过特定的串口AT指令，对某些通讯参数进行管理控制。
用户数据的具体含义由上层应用程序自行定义。
移动设备可以通过APP对模块进行写操作，写入的数据将通过串口发送给用户的CPU。
模块收到来自用户CPU串口的数据包后，将自动转发给移动设备。
此模式下的开发，用户必须负责主CPU的代码设计，以及智能移动设备端APP代码设计。
直驱模式下，用户对模块进行简单外围扩展，APP通过BLE协议直接对模块进行驱动，完成智能移动设备对模块的监管和控制。
此模式下的软件开发，用户只须负责智能移动设备端APP代码设计。
主要特点：1. 使用简单，无需任何蓝牙协议栈应用经验；2. 用户接口使用通用串口设计，全双工双向通讯，最低波特率支持4800bps；3. 同时支持桥接模式(串口透传)，或者直接驱动模式(无需额外CPU)；4. 默认20ms连接间隔，连接快速；5. 支持AT指令修改串口波特率，软件复位模块，获取MAC地址，修改模块名；6. 支持AT指令调整蓝牙连接间隔，控制不同的转发速率。
（动态功耗调整）；7. 串口数据包长度，可以是200byte以下(含200)的任意长度。
（大包自动分发）；8. 高速透传转发，最快可达4K/S，可稳定工作在2.5K-2.8K；9. 支持移动设备APP修改模块名称，掉电保存；10. 支持移动设备APP修改串口波特率，掉电保存；11. 支持移动设备APP对模块进行远程复位；12. 支持移动设备APP调节蓝牙连接间隔，掉电不保存。
（动态功耗调整）；13. 支持快速测试，无需连接任何外部零件测试无线和串口通信；14. 包括调试口在内的全IO外扩；15. 支持连接状态，广播状态提示脚/普通IO灵活配置；16. 6个双向可编程IO，外部中断引发输入检测，全低功耗运行。
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Introduction to BLE System Design
9
2. PSoC 4 BLE可用于实现低功耗的 无线系统
功耗模式 工作 睡眠 深度睡眠 休眠 停止 电流消耗 2.5 mA @ 6 MHz 1.3 mA 4.3 μA 150 nA 20 nA 代码执行 是 否 否 否 否 可用数字外设 可用模拟外设 全部 全部 可用时钟源 全部 全部 WCO6, 32-kHz ILO7 无 无 唤醒源 任何中断源 比较器, GPIO8, WDT, SCB9 比较器, GPIO 唤醒引脚, XRES10 唤醒时间 0 25 μs 2 ms 2 ms
8
6 A 4 2 0 B E
F
0
1,000
2,000
3,000
时间(µs)
4,000
~ ~
999,000
工作
睡眠
工作
深度睡眠
消费者要降低系统功耗很困难
1可充电的锂离子聚合物技术电池。标称电压是3.3V，采用小型软套封装
001-93534 Rev.**
赛普拉斯的AMN 供应商A的AMN例子
C3 2.2 pF C1 1.2 pF
Ant
供应商B的AMN例子
L1
L3 3.3 nH C2 1.0 pF C4 1.5 pF C1 C2
1千片的报价。参见附录幻灯片第78页了解这个材料清单实例中每个IC的具体型号 Introduction to BLE System Design 5
001-93534 Rev.**
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设计问题2
实现低的系统功耗有难度
无线系统通常用钮扣电池或小型锂聚合物(LiPo1) 电池工作 优化系统功耗要求谨慎使用低功耗模式
Bluetooth Smart Ready 产品
音频流
传统蓝牙 产品
Bluetooth Smart Ready
蓝牙4.0/4.1产品的商标，支持传统蓝牙和BLE标准
1 2 3
Bluetooth Smart 产品
传感器数据
全球范围内免许可证的工业、科学和医学（ISM）射频频段 高斯频移键控 272 Kbps，包括协议开销（比蓝牙4.0高15%） 001-93534 Rev.** Owner: GUL Introduction to BLE System Design 2
用于TI MCU的天线匹 配网络(注释是针对 第三方芯片型平衡不 平衡变换器的)
BLE 协议栈(BLE 协议栈) 实现蓝牙4.0/4.1规范的固件，用于提供BLE通信
蓝牙 4.1 规范 7册, 2,684 页
001-93534 Rev.**
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Introduction to BLE System Design
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6
设计问题3
为物联网设计基于无线传感器的系统很困难
射频电路板设计很复杂 设计基于无线传感器的系统要求工程师使用多个IC供应商提供的设计工具 无线规范要求复杂的固件开发(如BLE协议栈)
蓝牙规范4.1
典型的天线匹配网络
蓝牙低功耗（BLE）
适用于对状态或控制信息进行通信的短距离且低功耗的无线应用 运行于具有GFSK2调制功能的2.4 GHz ISM1带宽，并支持1 Mbps的数据速率 与蓝牙传统标准并不向后兼容
蓝牙4.0
增加了BLE的蓝牙传统规范的升级版本 蓝牙4.1 于2013年12月制定的蓝牙4.0规范的增强版， 用于提高安全和低功耗性能，加大了吞吐量3 Bluetooth Smart 蓝牙4.0/4.1产品的商标，仅支持BLE
1来源：思科首席执行官John Chambers在2014年全球移动大会贸易展会上的发言 2 来源：ABI Research公司
001-93534 Rev.**
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4
设计问题1
用多个IC设计系统将增加材料清单成本
基于传感器的系统要求传感器模拟前端、数字控制逻辑、低功耗蓝牙无线和MCU 复杂的用户接口要求额外的触摸或显示IC
多芯片物联网解决方案的材料清单成本实例1 低功耗蓝牙MCU 低功耗蓝牙无线用的平 衡不平衡变换器 模拟前端运放 模拟前端仪表放大器 CapSense触摸控制器 总的解决方案成本 还有其它的模拟和数字IC增加到总的材料清单成本 $0.33 $0.24 $1.02 $0.47 $3.98 $1.92
1截止2014年6月Digikey
模拟前端IC + BLE MCU + 协议栈
仪表放大器 双通道运放
在PSoC Creator中完成BLE系统设计
PSoC 4 BLE单芯片解决方案
BLE MCU
BLE 4.1 Spec
集成了可编程模拟前端和数字逻辑、 CapSense以及带BLE无线功能的ARM Cortex-M0……
并且使用PSoC Creator和PSoC组件能够方便地完 成系统设计……
7
PSoC 4 BLE单芯片解决方案
PSoC 4 BLE解决这些问题的方法是：
1.集成可编程模拟前端和数字逻辑、CapSense以及带BLE无线功能的ARM Cortex-M0 CPU 2.提供5种灵活易用的低功耗模式 3a.通过集成平衡不平衡变换器简化了射频电路板设计 3b.能够用PSoC Creator完成完整的系统设计 3c.利用易用的BLE组件简化了BLE协议栈和规范1配置
32kHz看守晶振
8通用输入/输出
Introduction to BLE System Design
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3a.PSoC BLE可简化射频电路板设计
设计天线匹配网络(AMN)并不简单
AMN对PCB版图和寄生参数很敏感 需要调节AMN才能获得最佳的射频性能 当需要使用许多外部元件时，AMN调节复杂性急剧增加 典型的AMN有7-9个外部元件，赛普拉斯AMN只需2个，因为集成了平衡不平衡变换器
低功耗蓝牙是事实上的物联网低功耗无线标准
2013年售出了12亿个Blue Smart Ready产品2，包括Galaxy、iPad和Thinkpad BLE是专为可穿戴电子设备、医疗设备和家庭自动化设备等基于传感器的低功耗产品设计
物联网产品要求基于传感器的BLE系统
Jawbone公司的健身监测仪 Mio公司的心率监测仪 Kwikset公司的Kevo智能门锁
1 2
供货情况
供样：现在 生产：128KB品种 2014年第4季度，256KB品种 2015年第2季度
3定时器，计数器，脉宽调制器，可配置为16位定时器、计数器、脉宽调制器块 4串行通信块，可配置为I2C/SPI/UART
渐次逼近型寄存器 通用数字模块 001-93534 Rev.**
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全部 全部 1 2 WDT , LCD , 比较器，运放, I2C/SPI, POR4, BOD5 Link-Layer3 比较器, POR, 无 BOD 无 无
PSoC 4 BLE具有世界一流的低功耗模式 在IO状态保持的停止模式下消耗最小的电流 在休眠模式可保持SRAM数据不变 在深度睡眠模式下可保持完整的系统状态不变 提供应用编程接口(API)，能方便地在功耗模式间切换 在1秒连接间隔下平均消耗26μ A电流
L1 2 nH C1 C2
18 pF 1 pF L2
Ant 2 Ant 1
1 nH C3 18 pF L4 2 nH C4 1 pF
至天线 (50 ) or 3 nH SMA (50 ) L3 C5 1 pF
需要9个外部元件
7册，2684页
001-93534 Rev.**
Owner: GUL
Introduction to BLE System Design
应用
体育和健身监测仪，可穿戴电子设备，医疗设备，家庭自动化解决方 案，游戏控制器，基于传感器的低功耗物联网系统
框图
PSoC 4 BLE
MCU子系统 可编程模拟模块 I/O 子系统 GPIO x8
特性
CORTEX-M0
Opamp x4
SAR1 ADC
32位MCU系统 48MHz ARM® Cortex™-M0 CPU 最高258KB闪存和32KB SRAM 可编程模拟前端 4个运放，可配置为PGA、比较器、滤波器等 1个12位、1Msps SAR1 ADC 带SmartSense™ 自动调节功能的CapSense® 带触摸板功能的赛普拉斯容性Sigma-Delta™ (CSD) 控制器 可编程数字逻辑 4个通用数字模块(UDB2)：定制数字外设 4个可配置的TCPWM3块：16位定时器、计数器或PWM 2个可配置的串行通信块(SCB4)： I2C主或从，SPI主或从，或UART 封装 56引脚 QFN(7 x 7 x 0.6 mm), 68-ball CSP (3.9 x 3.5 x 0.55 mm) 符合蓝牙4.1的Bluetooth Smart连接 带集成式平衡不平衡变换器的2.4GHz BLE无线
3
物联网革命
物联网(IoT)现在是一个商业事实
物联网提供了日常物件连接到互联网的途径，比如用手机来调节自动恒温器 到2020年将有60亿个日常物件连接到物联网1
基于传感器的系统将“现实世界”连接到物联网
基于传感器的物联网系统通常使用无线通信技术实现交互式和自主式工作 基于传感器的物联网系统必须是低功耗的，以便于用电池工作
4a
今天您会接触到的术语
模拟前端（AFE） 使用运算放大器、滤波器和比较器连接到ADC接口的 模拟信号调节电路
典型信号路径的模拟前端 都有一个运放，用于驱动 ADC、RC滤波器和微控制 器或DSP