คุณไม่สามารถมองการสื่อสาร RF และการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานเป็นปัญหาแยกกันได้ การออกแบบระดับบอร์ดเชื่อมโยงทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน และการเชื่อมโยงนั้นเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของผลิตภัณฑ์ไร้สายทุกชิ้น คู่มือนี้มีไว้สำหรับวิศวกรฮาร์ดแวร์และทีมผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างอุปกรณ์ RF ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ การเลือกใช้ RF front-end และเทคนิคการใช้พลังงานทำงานร่วมกันอย่างไรเพื่อกำหนดระยะเวลาการใช้งานจริง คุณจะได้เห็นงบประมาณการเชื่อมต่อ ความไวของตัวรับสัญญาณ ปัจจัยพลังงานระดับบอร์ด การปรับแต่ง Bluetooth Low Energy และข้อแลกเปลี่ยนของ DFM ลองนึกถึงโหนดเซ็นเซอร์ BLE วิทยุของมันใช้กระแสไฟมากที่สุด การจัดตารางเวลา Bluetooth LE อย่างระมัดระวังและโหมดสลีปจะทำให้มันใช้งานได้นานขึ้น การเลือกใช้สิ่งเหล่านี้ทำให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานโดยไม่ต้องใช้เซลล์แบตเตอรี่เพิ่มเติม
ประเด็นที่สำคัญ
งบประมาณการเชื่อมต่อที่มากขึ้นช่วยให้คุณใช้กำลังส่งน้อยลงแต่ยังคงส่งสัญญาณไปถึงผู้รับได้
ปรับความไวของตัวรับสัญญาณให้ตรงกับระยะขอบการเชื่อมต่อจริงของคุณ เพื่อไม่ให้สิ้นเปลืองพลังงานแบตเตอรี่
รักษาแผ่นกราวด์ ให้มีความแข็งแรง และติดตั้งตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนไว้ใกล้กับชิป RF เพื่อลดการสูญเสียพลังงาน
เลือกช่วงเวลาการเชื่อมต่อ BLE ที่ยาวที่สุดที่ยังคงใช้งานได้ เพื่อประหยัดพลังงานได้มากที่สุด
ใช้เทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานคลื่นวิทยุ (RF energy harvesting) ร่วมกับการส่งสัญญาณแบบเป็นช่วงๆ เพื่อลดหรือกำจัดความจำเป็นในการเปลี่ยนแบตเตอรี่
หลักการสื่อสาร RF พื้นฐานสำหรับการออกแบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
งบประมาณการเชื่อมโยงและการสูญเสียเส้นทาง
ค่า Link budget แสดงให้เห็นว่า ลิงก์การสื่อสาร RF ของคุณ สามารถรองรับการสูญเสียสัญญาณได้มากแค่ไหน ค่า Link budget ที่มากขึ้นหมายความว่าคุณสามารถส่งสัญญาณด้วยกำลังส่งที่ต่ำลงและยังคงส่งสัญญาณไปถึงตัวรับได้ ยกตัวอย่างเช่น nRF52840 ที่กำลังส่ง +8 dBm และความเร็ว 1 Mbps จะมีค่า Link budget 89 dBและระยะทางตามทฤษฎีประมาณ 280 เมตร หากลดกำลังส่งลงเหลือ 0 dBm ค่า Link budget จะลดลงเหลือ 81 dB โดยมีระยะทางประมาณ 110 เมตร ส่วน Coded PHY จะเพิ่มค่า Link budget เป็น 96 dB และขยายระยะทางได้ถึงประมาณ 630 เมตร
พื้นที่ภายในอาคารทำให้ตัวเลขเหล่านี้แย่ลงมาก มีการสูญเสียสัญญาณเพิ่มขึ้น 20–30 dB เมื่อเทียบกับการประมาณค่าในพื้นที่โล่ง ตัวเลข 280 เมตรกลางแจ้งจะลดลงเหลือประมาณ 30–50 เมตรในอาคารที่มีผนังกั้น ร่างกายมนุษย์ที่อยู่ในเส้นทางจะเพิ่มการสูญเสีย 3–6 dB ผนังยิปซัมจะเพิ่ม 3–5 dB ต่อผนัง และคอนกรีตหรืออิฐจะเพิ่ม 10–20 dB กล่องพลาสติกจะเพิ่มการสูญเสีย 1–3 dB คุณสามารถชดเชยการสูญเสียเหล่านี้ได้ด้วยการปรับกำลังส่งแบบไดนามิก เพิ่มกำลังส่งเฉพาะเมื่อลิงก์ต้องการ และรักษาการใช้พลังงานเฉลี่ยให้ต่ำ
ความไวของตัวรับสัญญาณและการใช้กระแสไฟฟ้า
ความไวของตัวรับสัญญาณและการใช้กระแสไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ขัดแย้งกัน ตัวรับสัญญาณที่มีความไวสูงกว่าจะรับสัญญาณที่อ่อนกว่าได้ ทำให้ตัวส่งสัญญาณประหยัดพลังงานได้ ความไวที่สูงขึ้นมักทำให้สิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้าในวงจรรับสัญญาณมากขึ้น คุณต้องชั่งน้ำหนักข้อดีข้อเสียทั้งสองอย่างเทียบกับการใช้พลังงานทั้งหมด
การดึงกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในตัวรับสัญญาณจะทำให้การใช้พลังงานเฉลี่ยตลอดรอบการทำงานสูงขึ้น สำหรับการใช้พลังงานต่ำ ควรปรับความไวให้เหมาะสมกับระยะขอบการเชื่อมต่อจริง งบประมาณการเชื่อมต่อที่จำกัดจะทำให้เหลือพื้นที่น้อยสำหรับตัวรับสัญญาณที่รับสัญญาณได้ไม่ดี งบประมาณที่เอื้ออำนวยจะช่วยให้คุณยอมรับความไวที่ต่ำลงและการใช้กระแสไฟฟ้าที่ต่ำลงได้ ความสมดุลนี้สนับสนุนการสื่อสารไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ทุกมิลลิแอมป์ที่คุณลดออกจากเส้นทางการรับสัญญาณจะช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์
การใช้พลังงานระดับบอร์ดในวงจร RF Front-End
โมดูล RF มักใช้พลังงานมากที่สุดในอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ การสื่อสาร RF ต้องการการจ่ายพลังงานที่สะอาด การเลือกในระดับบอร์ดจะกำหนดว่าพลังงานเท่าใดจะไปถึงเสาอากาศและพลังงานเท่าใดจะเปลี่ยนเป็นความร้อน คุณสามารถวัดการใช้พลังงานที่รางจ่ายไฟและเปรียบเทียบกับกำลังส่งที่แผ่กระจายออกมา ช่องว่างนั้นจะแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานนั้นคุ้มค่าในจุดใด
การจัดวาง การต่อสายดิน และการป้องกัน
แผ่นกราวด์ทองแดงที่แข็งแรงและต่อเนื่องทำงานได้ดีกว่าตะแกรงสำหรับแผงวงจร RF ตะแกรงอาจทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นหลายเท่าตัวที่ความถี่สูง ควรเคลือบกราวด์บนชั้นที่ไม่ใช่สัญญาณทั้งหมดและเชื่อมต่ออย่างหนาแน่นด้วย vias กระแสย้อนกลับของ RF จะไหลตามเส้นทางที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำที่สุดซึ่งอยู่ใต้เส้นทางสัญญาณโดยตรง การแยกใต้เส้นทางนั้นจะทำให้พื้นที่ของวงจรใหญ่ขึ้นและทำให้เกิดการแผ่รังสี การรบกวน และการสูญเสีย ซึ่งจะเพิ่มการใช้กระแสไฟฟ้า โมดูล 5G mmWave ตัวหนึ่งแสดงให้เห็นการสูญเสียการแทรก 10 dBจากกราวด์ที่แยกออก การออกแบบใหม่โดยใช้ระนาบภายในที่ต่อเนื่องและการเชื่อมต่อ vias แบบ λ/20 ทำให้ได้การตอบสนองที่ราบเรียบจนถึง 28 GHz
ควรติดตั้งรูเชื่อมต่อกราวด์ทุกๆ หนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นตามแนวโค้ง ควรคงอัตราส่วนความกว้างต่อความยาวของรูเชื่อมต่อกราวด์ไว้ใกล้เคียง 0.8–1.2 สำหรับแผงวงจรพิมพ์ RF อัตราส่วนที่สูงกว่านี้จะเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำและส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของสัญญาณ แนวทางปฏิบัตินี้ช่วยลดการใช้กระแสไฟฟ้าในเส้นทางการส่งสัญญาณ ลดการใช้พลังงาน และยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ในภาคสนาม
การจัดวางและการแยกวงจร DC-DC
สัญญาณรบกวนในวงจรจ่ายไฟทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน เพิ่มการดึงกระแสไฟฟ้า และเพิ่มการใช้กระแสไฟฟ้า ควรติดตั้งตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดเล็กไว้ใกล้กับขาจ่ายไฟของไอซี RF ทุกตัว เพิ่มตัวเก็บประจุขนาดกลาง และสำหรับวงจรขยายกำลัง ควรเพิ่มตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ไว้ในชั้นเดียวกัน กำหนดให้ตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีรูต่อลงดินเฉพาะของตัวเอง การใช้รูต่อร่วมกันจะทำให้เส้นทางการแยกสัญญาณที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำเสียไป เพิ่มตัวกรอง LC และตัวหน่วงให้กับตัวแปลงบัค เพื่อป้องกันการเกิดพีคที่ฮาร์โมนิกของการสวิตช์ที่ตกอยู่ในย่านความถี่ RF วาง LDO ไว้หลังตัวแปลงบัคเพื่อสร้างวงจรจ่ายไฟที่มีสัญญาณรบกวนต่ำสำหรับ PLL, LO และ LNA ควรวางจุดสวิตช์ให้ห่างจากเสาอากาศและตัวป้อนสัญญาณ
ขั้นตอนเหล่านี้ช่วยลดการใช้พลังงานเฉลี่ยและการใช้กระแสไฟฟ้าตลอดรอบการทำงาน นอกจากนี้ยังช่วยลดการใช้พลังงานในสถานะไม่ได้ใช้งาน คุณสามารถวัดการใช้พลังงานต่อรางและยืนยันผลลัพธ์ได้ การแยกวงจรที่ดีช่วยให้การใช้พลังงานต่ำและอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
การใช้พลังงานของ Bluetooth LE และประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ BLE
ปริมาณพลังงานที่ Bluetooth LE ใช้ขึ้นอยู่กับความถี่ในการเปิดใช้งานและระยะเวลาที่วิทยุเปิดใช้งานอยู่ คุณสามารถควบคุมทั้งสองอย่างนี้ได้ด้วยการตั้งค่า Bluetooth Low Energyเมื่อคุณปรับแต่งการตั้งค่าอย่างเหมาะสม อุปกรณ์ BLE จะมีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ดีขึ้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์ใดๆ
ช่วงเวลาการเชื่อมต่อและพารามิเตอร์การโฆษณา
ช่วงเวลาการเชื่อมต่อจะกำหนดความถี่ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์กลางและอุปกรณ์ต่อพ่วง คุณสามารถเลือกค่าได้ตั้งแต่ 7.5 มิลลิวินาที ถึง 4 วินาที โดยเพิ่มขึ้นทีละ 1.25 มิลลิวินาที ช่วงเวลาสั้นหมายถึงความหน่วงต่ำและปริมาณงานสูง แต่ก็ใช้กระแสไฟฟ้ามากขึ้นด้วย ช่วงเวลายาวช่วยประหยัดพลังงานแต่เพิ่มความหน่วง ความหน่วงของอุปกรณ์ต่อพ่วงช่วยให้อุปกรณ์ต่อพ่วงข้ามเหตุการณ์การเชื่อมต่อเมื่อไม่มีข้อมูลที่จะส่ง การหมดเวลาการตรวจสอบ ตั้งแต่ 100 มิลลิวินาที ถึง 32 วินาที โดยเพิ่มขึ้นทีละ 10 มิลลิวินาที จะกำหนดระยะเวลาสูงสุดที่ลิงก์สามารถทำงานได้โดยไม่มีแพ็กเก็ตก่อนที่จะถูกตัดขาด
ช่วงเวลาการเชื่อมต่อ | ความหน่วงของอุปกรณ์ต่อพ่วง | กระแสเฉลี่ย (0 dBm TX) |
|---|---|---|
ms 30 | 0 | ~228 µA |
ms 75 | 0 | ~230 µA |
ms 75 | 5 | ~140 µA (ประหยัดได้ประมาณ 40%) |
875–950 มิลลิวินาที | 0 | ~25 µA |
ข้อมูลแสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่ชัดเจน การยืดช่วงเวลาจาก 30 มิลลิวินาทีเป็นประมาณ 950 มิลลิวินาที ทำให้กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยลดลงจากประมาณ 228 ไมโครแอมป์ เหลือประมาณ 25 ไมโครแอมป์ การเพิ่มความหน่วงของอุปกรณ์ต่อพ่วง 5 ที่ช่วงเวลา 75 มิลลิวินาที ทำให้กระแสไฟฟ้าลดลงจากประมาณ 230 ไมโครแอมป์ เหลือประมาณ 140 ไมโครแอมป์ ช่วงเวลาการเชื่อมต่อแบบปรับได้ช่วยให้คุณสามารถสลับระหว่างการตั้งค่าเหล่านี้ได้ตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาณการใช้งาน
เลือกช่วงเวลาการเชื่อมต่อที่ยาวที่สุดที่ยังคงตรงกับความต้องการด้านความหน่วงและปริมาณงานของแอปพลิเคชันของคุณ เพื่อให้การใช้พลังงานอยู่ในระดับต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ช่วงเวลาการโฆษณา (Advertisement interval) มีความสำคัญอย่างยิ่งแม้ก่อนที่จะมีการเชื่อมต่อ ช่วงเวลาการโฆษณาที่ยาวขึ้นจะช่วยลดการใช้พลังงานของ Bluetooth LE ในระหว่างการค้นหา การโฆษณาแบบสั้นๆ จะใช้พลังงานประมาณ3 mA ถึง 10 mAในขณะที่การเชื่อมต่อที่ใช้งานอยู่จะใช้พลังงานเฉลี่ย 5 mA ถึง 30 mA ตลอดเวลา โหมดประหยัดพลังงาน (Idle sleep) จะใช้พลังงานประมาณ 1 µA ถึง 10 µA สถานะเหล่านี้เป็นการกำหนดระดับการใช้พลังงานต่ำสุดของ Bluetooth Low Energy ในผลิตภัณฑ์ของคุณ
โหมดพักเครื่องและการทำงานแบบสลับรอบ
การตั้งเวลาปิดเครื่องเป็นกุญแจสำคัญในการประหยัดพลังงานของ BLEเมื่อตั้งค่าอย่างถูกต้องแล้วชุดซอฟต์แวร์ Bluetooth ของ Silicon Labsจะทำให้เครื่องเข้าสู่โหมด Deep Sleep และจะปลุกเครื่องขึ้นมาเฉพาะเมื่อต้องการสื่อสารหรือมีงานที่ค้างอยู่เท่านั้น โหมด Deep Sleep จะประหยัดพลังงานมากกว่าโหมดที่เบากว่า ดังนั้นควรเลือกโหมดที่ลึกที่สุดที่ยังคงตอบสนองความต้องการในการปลุกเครื่องของคุณ
การลดระยะเวลาการใช้งานคลื่นความถี่วิทยุเป็นวิธีที่ได้ผลที่สุด การส่งสัญญาณน้อยลงหมายถึงการใช้กระแสไฟฟ้าน้อยลงตลอดรอบการทำงาน การรักษาระยะเวลาการใช้งานคลื่นความถี่วิทยุให้สั้นลงด้วยการจัดรอบการทำงานจะทำให้ระยะเวลาการใช้งานคลื่นความถี่วิทยุสั้นและคาดการณ์ได้ จากนั้นคุณสามารถลดการใช้พลังงานในสถานะไม่ได้ใช้งานและรักษาการใช้พลังงานต่ำไว้ได้ตลอดช่วงเวลาสแตนด์บายที่ยาวนาน การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ Bluetooth Low Energy ด้วยวิธีนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่และยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ในภาคสนาม ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีของ BLE มาจากการจัดตารางเวลา ไม่ใช่จากเซลล์ที่ใหญ่ขึ้น
การออกแบบแผงวงจรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอายุการใช้งานแบตเตอรี่
ข้อจำกัดด้านการเรียงซ้อน ความร้อน และการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM)
ชั้นต่างๆ ที่คุณเลือกและวัสดุที่คุณใช้มีผลต่อปริมาณพลังงาน RF ที่ส่งไปยังเสาอากาศ สำหรับอุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ทุกๆ มิลลิวัตต์ที่ใช้ในการส่งสัญญาณจะทำให้ระยะเวลาการทำงานของอุปกรณ์สั้นลงและเพิ่มค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาแผ่นลามิเนต Rogers ที่มีการสูญเสียต่ำช่วยให้พลังงาน RF ออกจากเสาอากาศได้มากขึ้น แทนที่จะเปลี่ยนเป็นความร้อนในวัสดุของแผ่นวงจร เนื่องจากสิ่งนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ คุณจึงสามารถลดกำลังส่งและยังคงรักษาการเชื่อมต่อที่ดี ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้อย่างมาก ตรวจสอบตัวเลขการใช้พลังงานตั้งแต่เนิ่นๆ ในวงจรการออกแบบโดยใช้บริการสร้างต้นแบบ PCB เดี่ยว
การออกแบบด้านความร้อนก็มีความสำคัญเช่นกัน เพาเวอร์แอมป์ที่ร้อนเกินไปจะสิ้นเปลืองพลังงานและประสิทธิภาพจะลดลง ควรใช้แผ่นทองแดงและรูระบายความร้อนที่ส่วนหน้าของวงจร RF เพื่อช่วยกระจายความร้อน และควรวางอุปกรณ์อ้างอิงที่ไวต่ออุณหภูมิให้ห่างจากเพาเวอร์แอมป์
ข้อจำกัดของ DFM บังคับให้ต้องมีการประนีประนอม ความกว้างและระยะห่างของลายวงจรที่แคบลงจะเพิ่มต้นทุนและลดผลผลิต การใช้งานแผงและจำนวนชั้นมีผลต่อราคา ควรเลือกอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ในชั้น RF และตรวจสอบโครงสร้างกับผู้ผลิตก่อนปล่อยออกสู่ตลาด การเลือกเหล่านี้จะช่วยปกป้องการใช้กระแสไฟฟ้าและสนับสนุนการใช้พลังงานต่ำตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์
การเก็บเกี่ยวพลังงาน RF และการจัดตารางเวลาของระบบ
การเก็บเกี่ยวพลังงานคลื่นวิทยุ (RF harvesting) สามารถลดหรือทำให้แบตเตอรี่มีขนาดเล็กลงในบางการออกแบบได้ ตัวส่งสัญญาณ RF ความถี่ 915 MHz จะส่งพลังงานออกไป และตัวรับสัญญาณจะรวบรวมพลังงานนั้น พลังงาน RF ที่รวบรวมได้จะถูกแปลงและเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุนั้นจะให้แรงดันไฟฟ้าแบบพัลส์ที่ควบคุมได้เพื่อชาร์จอุปกรณ์เก็บพลังงานแบบช้าๆ อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึงแบตเตอรี่ THINERGY MEC ที่บางเฉียบและมีอายุการใช้งานยาวนาน แบตเตอรี่ฟิล์มบางอื่นๆ และแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ทั่วไป เมื่อติดตั้งในอุปกรณ์พลังงานขนาดเล็ก เช่น เซ็นเซอร์ไร้สาย ตัวรับสัญญาณสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้จากระยะห่างมากกว่า 40 ฟุตจากตัวส่งสัญญาณ
“การผสานรวมMEC แบบชาร์จไฟได้ THINERGY ของเรา เข้ากับระบบเก็บเกี่ยวพลังงาน RF ของ Powercast ทำให้ระบบไร้สายแบบอัตโนมัติและพึ่งพาตนเองได้สามารถทำงานได้นานหลายสิบปีโดยไม่ต้องบำรุงรักษา” ทิม แบรดโดว์ รองประธานฝ่ายการตลาดของ Infinite Power Solutions กล่าว
ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้พลังงานต่ำมากในการเก็บเกี่ยวพลังงาน กำหนดเวลาการส่งสัญญาณ RF เป็นช่วงๆ และปล่อยให้ MCU เข้าสู่โหมดพักระหว่างช่วงการส่งสัญญาณ วิธีการนี้ช่วยสนับสนุนการสื่อสารไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำและรักษาระดับการใช้พลังงานเฉลี่ยให้ต่ำ การเชื่อมต่อ BLE จะได้ผลดีที่สุดเมื่อคุณกำหนดเวลาการเชื่อมต่อให้ตรงกับช่วงเวลาการเก็บเกี่ยวพลังงาน การส่งสัญญาณน้อยลงจะช่วยลดการใช้กระแสไฟและยืดอายุการใช้งานในภาคสนาม
เทคนิค | ข้อดีด้านอายุการใช้งานแบตเตอรี่ |
|---|---|
ลามิเนตแบบสูญเสียต่ำ | ใช้กำลังส่งน้อยลงสำหรับการเชื่อมต่อแบบเดียวกัน |
รูระบายความร้อนใต้ PA | ประสิทธิภาพการทำงานคงที่ ประหยัดพลังงาน |
การเก็บเกี่ยว RF | ลดหรือไม่มีการเปลี่ยนแบตเตอรี่ |
การกำหนดตารางเวลาแบบระเบิด | การใช้พลังงานเฉลี่ยลดลง |
การสื่อสาร RF และการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานควรทำงานร่วมกันในระดับบอร์ด งบประมาณการเชื่อมต่อ ความไวของตัวรับสัญญาณ ตัวประกอบพลังงานของบอร์ด และการตั้งค่า BLE ล้วนส่งผลต่อระยะเวลาการใช้งาน การปรับแต่ง Bluetooth Low Energy ไม่สามารถช่วยให้บอร์ดที่มีสัญญาณรบกวนดีขึ้นได้ ปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้ภายในขอบเขตของ DFM วินัยดังกล่าวจะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ และยังช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวมอีกด้วย ตรวจสอบการใช้พลังงานในแต่ละราง ติดตามการใช้พลังงานตลอดรอบการทำงาน เปรียบเทียบการใช้พลังงานก่อนและหลังการเปลี่ยนแปลง วัดการใช้พลังงานในสถานะไม่ได้ใช้งาน การออกแบบ Bluetooth LE และ BLE ให้ผลตอบแทนที่ดีจากสิ่งนี้ ผลิตภัณฑ์ BLE ที่มีการจัดตารางเวลาที่รัดกุมจะใช้งานได้นานขึ้น การเชื่อมต่อ BLE ที่ใช้พลังงานสะอาดจะสิ้นเปลืองน้อยลง การออกแบบบอร์ดแบบองค์รวมจะเป็นตัวกำหนดผลิตภัณฑ์ไร้สายในอนาคต แนวทางนี้จะช่วยปกป้องอายุการใช้งานแบตเตอรี่ในภาคสนาม
คำถามที่พบบ่อย
คุณต้องการงบประมาณการเชื่อมต่อเท่าไหร่สำหรับผลิตภัณฑ์ BLE ที่ใช้ภายในอาคาร?
เริ่มต้นด้วยงบประมาณของวิทยุแล้วหักลบการสูญเสียจริง พื้นที่ภายในอาคารจะเพิ่มการสูญเสีย 20–30 dB เมื่อเทียบกับการประมาณค่าในพื้นที่โล่ง ผนังยิปซัมจะเพิ่มการสูญเสีย 3–5 dB ต่อผนัง และคอนกรีตหรืออิฐจะเพิ่มการสูญเสีย 10–20 dB วัตถุที่อยู่ในเส้นทางจะเพิ่มการสูญเสีย 3–6 dB กำหนดขนาดระยะเผื่อของคุณโดยอิงจากตัวเลขเหล่านี้ ไม่ใช่ช่วงค่าในเอกสารข้อมูลจำเพาะ
เครื่องรับสัญญาณที่มีความไวสูงกว่าจะช่วยประหยัดพลังงานแบตเตอรี่เสมอหรือไม่?
ไม่ครับ ความไวที่สูงขึ้นมักจะดึงกระแสไฟฟ้าในวงจรรับสัญญาณมากขึ้น ควรปรับความไวให้เหมาะสมกับระยะการใช้งานจริงของวงจร หากมีงบประมาณเหลือเฟือ คุณก็ยอมรับความไวที่ต่ำลงและกระแสไฟฟ้าที่ดึงน้อยลงได้ แต่หากมีงบประมาณจำกัด คุณจะมีพื้นที่เหลือน้อยมากสำหรับตัวรับสัญญาณที่รับสัญญาณได้ไม่ดี
การตั้งค่า BLE ใดที่ช่วยประหยัดพลังงานได้มากที่สุด?
ช่วงเวลาการเชื่อมต่อให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด การยืดช่วงเวลาจาก 30 มิลลิวินาทีเป็นประมาณ 950 มิลลิวินาที จะลดกระแสไฟฟ้าเฉลี่ยจากประมาณ 228 ไมโครแอมป์ เหลือประมาณ 25 ไมโครแอมป์ ความหน่วงของอุปกรณ์ต่อพ่วงก็ช่วยได้เช่นกัน ความหน่วง 5 ที่ช่วงเวลา 75 มิลลิวินาที จะลดกระแสไฟฟ้าจากประมาณ 230 ไมโครแอมป์ เหลือประมาณ 140 ไมโครแอมป์
เหตุใดการแยกแผ่นกราวด์จึงส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่?
กระแสย้อนกลับจะไหลไปตามเส้นทางที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำที่สุด ซึ่งอยู่ใต้เส้นทางสัญญาณโดยตรง การแยกสายใต้เส้นทางสัญญาณจะทำให้พื้นที่ของวงจรขยายใหญ่ขึ้น การแผ่รังสี การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ และการสูญเสียจะเพิ่มขึ้น และกระแสไฟฟ้าที่ใช้ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย โมดูล 5G mmWave ตัวหนึ่งสูญเสียสัญญาณไป 10 dB เนื่องจากการแยกสายดิน
การเก็บเกี่ยวพลังงานจากคลื่นวิทยุสามารถใช้ทดแทนแบตเตอรี่ได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่?
บางครั้ง ตัวรับสัญญาณเก็บเกี่ยวพลังงานความถี่ 915 MHz สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้จากระยะห่างมากกว่า 40 ฟุต เมื่อใช้ร่วมกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ ใช้พลังงานต่ำมาก ก็สามารถส่งสัญญาณแบบเป็นชุดได้ จัดเรียงช่วงเวลาการเชื่อมต่อให้ตรงกับช่วงเวลาที่เก็บเกี่ยวพลังงานได้ หลายแบบยังคงใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็กเป็นแหล่งสำรองอยู่
